スイッチング電源で一般的に使用されるいくつかの保護回路を紹介します。-リチウム - イオン電池装置
スイッチング電源を評価するための品質指標は、最初の原則として安全性と信頼性に基づいている必要があります。電気技術指標が通常の使用の要件を満たしていることを前提として、過酷な環境や突然の故障で電源を安全かつ確実に動作させるためには、サージを防ぐためのソフトスタート、過電圧防止、低電圧など、さまざまな保護回路を設計する必要があります。電圧、過熱、過電流、短絡、および保護回路の欠如。スイッチング電源に一般的に使用されるいくつかのメンテナンス回路は次のとおりです。
1.アンチサージソフトスタート回路
スイッチング電源の入力回路のほとんどは、コンデンサフィルタ整流回路を使用しています。入力電源をオンにすると、コンデンサの初期電圧がゼロになるため、特に高出力スイッチング電源の場合、コンデンサの充電モーメント中に大きなサージ電流が発生します。、サージ電流を100A以上に達するように、より大きな容量のフィルタコンデンサを選択してください。電源を入れた瞬間にこのような大きなサージ電流が発生すると、入力ヒューズが切れたり、閉鎖スイッチの接点が焼損したりして、過電流によって整流器ブリッジが損傷することがよくあります。最悪の場合、エアスイッチが閉まらなくなります。.上記の現象により、スイッチング電源が正常に動作しなくなります。このため、ほとんどすべてのスイッチング電源には、突入電流を防ぐためのソフトスタート回路が装備されており、電源の正常で信頼性の高い動作を保証します。
サイリスタVと電流制限抵抗R1で構成されるアンチサージ電流回路を選択してください。電源投入時、入力電圧は整流ブリッジ(D1~D4)と電流制限抵抗R1を介してコンデンサCを充電し、サージ電流を制限する。コンデンサCが定格電圧の約80%まで充電されると、インバータは正常に動作する。サイリスタトリガ信号は主変圧器の補助巻線を介して生成され、サイリスタに電流制限抵抗R1を導通させて短絡させ、スイッチング電源は通常動作しています。
リレーK1と電流制限抵抗R1で構成されるサージ防止電流回路を選択してください。電源投入時には入力電圧を整流(D1~D4)し、電流制限抵抗R1がフィルタコンデンサC1を充電してオン時のサージ電流を防止します。同時に、補助電源Vccは、抵抗R1対を介してリレーK2ラインに接続される。パッケージのコンデンサC2が充電される。C2の電圧がリレーK1の動作電圧に達すると、K1が動作し、その接点K1.1が閉じて電流制限抵抗R1をバイパスし、電源は通常の動作に入ります。電流制限の遅延時間は時定数(R2C2)に依存し、一般的に0.3〜0.5秒の範囲で選択されます。遅延時間の精度を向上させ、リレーの揺れや振動を防ぐために、遅延回路はRC遅延回路の代わりに図3に示す回路を使用できます。(リチウムイオン電池装置)
2.過電圧、低電圧、過熱保護回路
スイッチング電源への入力電源の過電圧および低電圧によって引き起こされる損傷は、主に、通常の使用範囲を超えて耐える電圧および電流ストレスのために機器が損傷することに現れ、同時に、電気的性能インジケータが損傷し、要件を満たすことができません。したがって、入力電源の上限と下限を制限する必要があり、過電圧および低電圧保護を使用して電源の信頼性と安全性を向上させます。
温度は、電力機器の信頼性に影響を与える最も重要な要素です。関連する材料分析によると、電子部品の温度が2°C上昇するたびに、信頼性は10%低下します。50°Cの温度上昇での動作寿命は、25°Cの温度上昇時の1/6にすぎません。 過熱による電力機器の損傷を防ぐために、スイッチング電源にも過熱保護回路を設置する必要があります。
過電圧、低電圧、過熱保護回路は、4個のコンパレータLM339といくつかのディスクリート部品のみで構成されています。サンプリング電圧は、整流およびフィルタリング後に補助制御電源から直接取得できます。入力電源電圧の変化を反映しています。コンパレータはリファレンス電圧を共有します。N1.1は低電圧コンパレータ、N1.2は過電圧コンパレータです。R1の過電圧および低電圧動作スレッショルドを調整することで調整できます。N1.3は過熱コンパレータで、RTは負の温度係数を持つサーミスタです。R7と分圧器を形成し、パワースイッチングデバイスIGBTの表面に近い。温度が上昇すると、RTの抵抗値は減少します。R7の抵抗を適切に選択してください。N1.3を設定された温度しきい値で動作させるための値。N1.4は、外部障害の緊急シャットダウンに使用されます。前方端子がローレベルを入力すると、コンパレータはローレベルを出力してPWM駆動信号をオフにします。4つのコンパレータの出力端子が並列に接続されているため、過電圧、低電圧、過熱のいずれが発生しても、コンパレータはローレベルを出力し、駆動信号をオフして電源を停止し、メンテナンスを完了します。回路を少し変更すれば、コンパレータにハイレベルの閉駆動信号を出力させることもできます。
3. 欠相維持回路
電力網自体または信頼性の低い電源入力配線により、スイッチング電源は位相がずれて動作することがあり、フェーズアウト動作を時間内に検出することは困難です。電源が欠相動作の場合、整流器ブリッジの一方のアームには電流が流れませんが、もう一方のアームは深刻な過電流になり、損傷を引き起こします。同時に、インバータが異常に動作するため、位相損失を保護する必要があります。電力網の位相損失をチェックするために、変流器または電子位相損失検査回路が一般的に使用されます。変流器の検査コストが高く、サイズが大きいため、スイッチング電源には電子位相損失保護回路が一般的に使用されています。三相のバランスをとると、R1~R3ノードのH電位は非常に低く、光結合出力はほぼゼロレベルになります。位相が欠落すると、H点の電位が上昇し、フォトカプラはハイレベルを出力し、コンパレータと比較した後、ローレベルを出力して駆動信号をオフにします。コンパレータのリファレンスは、欠相動作スレッショルドを調整するために調整可能です。この欠相維持は、三相4線式システムには適用できますが、三相3線式システムには適用されません。回路を少し変更するだけで、PWM信号を高レベルでオフにすることもできます。
三相3線式電源用の欠相保護回路です。A、B、Cのいずれかの位相が欠落している場合、フォトカプラの出力レベルはコンパレータの反転入力端子の基準電圧よりも低く、コンパレータはローレベルを出力してオフになります。 PWM駆動信号、電源をオフにします。コンパレータの入力極性をわずかに変更することで、PWM信号をハイレベルでオフすることもできます。この欠相保護回路は、フォトカプラを使用して強い電流を遮断し、安全で信頼性の高い回路です。RP1とRP2は、欠相保護アクションのしきい値を調整するために使用されます。
4.短絡メンテナンス
スイッチング電源は他の電子機器と同じです。短絡は最も深刻な障害です。短絡保護が信頼できるかどうかは、スイッチング電源の信頼性に影響を与える重要な要素です。IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)は、電界効果トランジスタの高入力インピーダンス、低駆動電力、バイポーラトランジスタの大きな電圧と電流容量、および管電圧の低下という特性を兼ね備えています。これは、中電力および高電力で最も一般的に使用されるスイッチング電源です。パワーエレクトロニクススイッチング機器。IGBTが耐えられる短絡時間は、その飽和電圧降下と短絡電流のサイズに依存し、通常はわずか数μsから数十μsです。短絡電流が過剰になると、短絡許容時間が短くなるだけでなく、ターンオフ時の電流降下率di/dtが大きくなりすぎます。漏れインダクタンスとリードインダクタンスが存在するため、IGBTコレクタの過電圧が発生します。この過電圧により、デバイス内にエンジンが発生する可能性があります。ライブエフェクトは間違いなくIGBTの故障を引き起こし、同時に、高い過電圧はIGBTの故障を引き起こします。したがって、短絡過電流が発生した場合は、効果的な保護対策を講じる必要があります。IGBTの短絡保護を完了するには、過電流チェックを行う必要があります。IGBT過電流チェックに適した方法は、一般に、ホール電流センサーを使用してIGBT電流Icを直接チェックし、それを設定されたしきい値と比較し、コンパレータの出力を使用して駆動信号のターンオフを制御することです。または、直流電圧法を使用して、過電流時のIGBTの電圧降下Vceは、管電圧降下が短絡電流情報に富んでいるためです。Vceは過電流時に増加し、基本的には線形関係です。過電流時のVceを確認し、設定されたしきい値と比較します。コンパレータ 出力は駆動回路のシャットダウンを制御します。短絡電流が発生した場合、ターンオフ電流のdi/dtが大きすぎて過電圧が発生し、IGBTが無効で損傷するのを防ぎ、電磁干渉を低減するために、ソフトゲート電圧低減とソフトターンオフの包括的な保護技術が一般的に使用されます。過電流信号を検出した後、最初のステップは、ゲートリダクションメンテナンス手順を入力して、障害電流の振幅を減らし、IGBTの短絡耐性時間を延長することです。ゲート下降動作の後、故障電流の信頼性を判断するために固定遅延時間が設定されます。遅延時間内に障害が消えると、グリッド電圧は自動的に回復します。障害がまだ存在する場合は、ソフトシャットダウン手順を実行してグリッド電圧を0V未満に下げ、IGBT駆動信号をオフにします。ゲート電圧低減プロセス中にコレクタ電流が減少しているため、ソフトターンオフ中に過度の短絡電流降下率や過度の過電圧が発生することはありません。ソフトゲート電圧低減とソフトターンオフゲート駆動保護を使用すると、障害電流の振幅と減少率を制限し、過電圧を低減し、IGBT電流と電圧の動作トラックが安全ゾーン内にあることを確認できます。
ゲート電圧低減保護回路を設計する際には、ゲート電圧低減範囲と速度を正確に選択する必要があります。ゲート電圧低減範囲が大きい場合(7.5Vなど)、ゲート電圧低減速度は速すぎないようにする必要があります。一般に、立ち下がり時間が2μsのソフトゲート電圧低減を使用できます。ゲート電圧降下範囲が大きく、コレクタ電流がすでに小さいため、ソフトシャットダウンを使用せずに障害状態でゲートをより高速にオフにできます。ゲート電圧降下範囲が小さい場合(たとえば、5V未満)、ゲートステップダウン速度を速くすることができ、ゲート電圧をオフにする速度を遅くする必要があります、つまり、過電圧を防ぐためにソフトターンオフが使用されます。短絡障害が発生した場合に電源が動作を中断するのを防ぎ、元の動作周波数での継続的な短絡保護がIGBTに熱の蓄積や損傷を引き起こすのを防ぐために、ゲート電圧保護を減らすことで、短絡保護後に回路をすぐにシャットダウンする必要がなくなります。 動作周波数を上げながら。減少し(たとえば、約1Hz)、断続的な「しゃっくり」メンテナンス方法が形成され、障害が解消されると通常の動作が再開されます。
以下に、IGBT短絡保護のためのいくつかの有用な回路と動作原理を紹介します。
専用ドライバEXB841にIGBT過電流使用時のVce増加の原理を利用したメンテナンス回路です。EXB841の内部回路は、優れたゲートリダクションとソフトターンオフを実現でき、干渉による誤動作を排除するための内部遅延機能を備えています。IGBT過電流情報が豊富なVceは、EXB841のコレクタ電圧監視ピン6に直接送信されません。代わりに、高速回復ダイオードVD1を通過し、コンパレータIC1を介してEXB841のピン6に出力されます。目的は、VD1の順方向電圧を除去することです。電圧降下は電流によって変化します。スレッショルドコンパレータを使用して、電流検査の精度を向上させます。過電流が発生した場合、ドライバEXB841の低速カットオフ回路は、コレクタ電流スパイクがIGBTデバイスを損傷するのを防ぐために、IGBTをゆっくりとオフにします。
過電流チェックに電流センサを使用するIGBTメンテナンス回路。電流センサー(SC)の一次側(1ターン)は、IGBTのコレクタ回路に直列に接続されています。2次側によって誘導される過電流信号は整流され、コンパレータIC1の非反転入力に送られます。端子は、反転端子の基準電圧と比較して、IC1の出力は正帰還でコンパレータIC2に送られ、その出力はPWMコントローラUC3525の出力制御ピン10に接続される。
過電流が発生すると、電流センサで検出される整流電圧が上昇し、VA>Vref、VBがハイレベルになり、C3が充電されてVC>Vrefになり、IC2がハイレベル(1.4V以上)を出力し、PWM制御回路がオフになります。駆動信号がないため、IGBTがオフになり、電源が動作を停止し、電流センサーに電流が流れないため、VA>t1が発生し、電源がスリープ状態になります。正帰還抵抗R7は、IC2がハイレベルとローレベルの2つの状態のみを持つことを保証します。D5、R1、およびC3の充電および放電回路は、IC2の出力がハイレベルとローレベルの間で頻繁に変化しないようにします。
過電流検出に電流センサを使用するIGBT保護回路は、IGBT(V1)過電流コレクタ電圧検出と電流センサ検出を使用する包括的な保護回路です。回路の動作原理は、負荷が短絡している(または他の障害によりIGBTが過電流状態になっている)場合、V1のVceが増加し、V3ゲート駆動電流がR2を通過し、R3分圧器がV3をオンにすることです。IGBTのゲート電圧はVD3によって制御および低減されるため、IGBTのピーク電流変動が制限されます。同時に、V2はR5C3によって遅延された後、オンになります。ソフトシャットダウン信号を送信します。一方、短絡時には電流センサで短絡電流をチェックし、コンパレータIC1によるハイレベル出力でV3をオンにしてゲート電圧を下げ、V2をオンしてソフトシャットダウンします。
IGBTコレクタ電圧をチェックする過電流保護原理を使用して、ソフトゲート電圧低減、ソフトターンオフ、および低動作周波数保護技術を備えた短絡保護回路が採用されています。
通常の動作状態では、駆動入力信号がローレベルの場合、フォトカプラIC4は導通せず、V1とV3は導通し、負の駆動電圧が出力されます。駆動入力信号がハイレベルになると、フォトカプラIC4がオンし、V1がオフしてV2がオンし、正の駆動電圧が出力され、パワースイッチV4が通常のスイッチング状態で動作する。短絡障害が発生すると、IGBTコレクタ電圧が上昇します。Vceの増加により、コンパレータIC1はハイレベルを出力し、V5がオンになり、IGBTはソフトゲート電圧降下を完了します。ゲート電圧降下範囲は電圧レギュレータVD2によって決定され、ゲート電圧はソフトに低下します。プレスモーメントはR6C1と2μsで構成されています。同時に、IC1による高レベル出力はC2からR7までを充電します。C2の電圧が電圧レギュレータ管VD4のブレークダウン電圧に達すると、V6がオンになり、R9C3は約3μsのソフトオフゲート電圧を形成します。ゲート電圧はソフトオフゲート電圧の遅延時間は、一般に7〜5μsの間で選択される時定数R2C5によって決定されます。V5がオンになると、V7はC4R10回路を介してベース電流を流れ、約20μsの間オンになります。保護のためにゲート電圧を下げると、入力駆動信号は一定期間ブロックされ、誤動作を避けるために入力端のシャットダウン信号に応答しなくなります。ハード・シャットダウンの過電圧により、駆動回路はフォルト時にゲート電圧を完全に低減し、ソフト・シャットダウン保護プロセスを実行することができます。
V7がオンすると、フォトカプラIC5がオンになり、タイムベース回路IC2のトリガピン2が負のトリガ信号を取得します。555の出力ピン3はハイレベルを出力し、V9はオン、IC3はオフになります。ターンオフ時間はタイミング成分R15C5(約1.2秒)によって決定され、動作周波数は1Hz未満に低下します。ドライバーの出力信号はいわゆる「ヒカップ」状態で動作し、短絡障害後も元の周波数で動作していることによって引き起こされる継続的な短絡保護によって引き起こされる熱の蓄積を防ぎます。IGBT が破損している。障害が消える限り、回路は通常の動作状態に戻ることができます。
スイッチング電源保護機能は、電源装置の電気的性能に必要な追加機能ですが、過酷な環境や事故状態では、保護回路が完全でスケジュールどおりに機能しているかどうかは、電源装置の安全性と信頼性にとって非常に重要です。テクニカル指標をチェックするときは、保護機能を確認する必要があります。
スイッチング電源の保守計画と回路構造は多様ですが、特定の電源機器については、障害条件下で真に効果的に保守を完了できるように、合理的な保守計画と回路構造を選択する必要があります。この記事で説明する保護回路は、回路構成を簡素化し、コストを削減するために柔軟に組み合わせることができます。
1.アンチサージソフトスタート回路
スイッチング電源の入力回路のほとんどは、コンデンサフィルタ整流回路を使用しています。入力電源をオンにすると、コンデンサの初期電圧がゼロになるため、特に高出力スイッチング電源の場合、コンデンサの充電モーメント中に大きなサージ電流が発生します。、サージ電流を100A以上に達するように、より大きな容量のフィルタコンデンサを選択してください。電源を入れた瞬間にこのような大きなサージ電流が発生すると、入力ヒューズが切れたり、閉鎖スイッチの接点が焼損したりして、過電流によって整流器ブリッジが損傷することがよくあります。最悪の場合、エアスイッチが閉まらなくなります。.上記の現象により、スイッチング電源が正常に動作しなくなります。このため、ほとんどすべてのスイッチング電源には、突入電流を防ぐためのソフトスタート回路が装備されており、電源の正常で信頼性の高い動作を保証します。
サイリスタVと電流制限抵抗R1で構成されるアンチサージ電流回路を選択してください。電源投入時、入力電圧は整流ブリッジ(D1~D4)と電流制限抵抗R1を介してコンデンサCを充電し、サージ電流を制限する。コンデンサCが定格電圧の約80%まで充電されると、インバータは正常に動作する。サイリスタトリガ信号は主変圧器の補助巻線を介して生成され、サイリスタに電流制限抵抗R1を導通させて短絡させ、スイッチング電源は通常動作しています。
リレーK1と電流制限抵抗R1で構成されるサージ防止電流回路を選択してください。電源投入時には入力電圧を整流(D1~D4)し、電流制限抵抗R1がフィルタコンデンサC1を充電してオン時のサージ電流を防止します。同時に、補助電源Vccは、抵抗R1対を介してリレーK2ラインに接続される。パッケージのコンデンサC2が充電される。C2の電圧がリレーK1の動作電圧に達すると、K1が動作し、その接点K1.1が閉じて電流制限抵抗R1をバイパスし、電源は通常の動作に入ります。電流制限の遅延時間は時定数(R2C2)に依存し、一般的に0.3〜0.5秒の範囲で選択されます。遅延時間の精度を向上させ、リレーの揺れや振動を防ぐために、遅延回路はRC遅延回路の代わりに図3に示す回路を使用できます。(リチウムイオン電池装置)
2.過電圧、低電圧、過熱保護回路
スイッチング電源への入力電源の過電圧および低電圧によって引き起こされる損傷は、主に、通常の使用範囲を超えて耐える電圧および電流ストレスのために機器が損傷することに現れ、同時に、電気的性能インジケータが損傷し、要件を満たすことができません。したがって、入力電源の上限と下限を制限する必要があり、過電圧および低電圧保護を使用して電源の信頼性と安全性を向上させます。
温度は、電力機器の信頼性に影響を与える最も重要な要素です。関連する材料分析によると、電子部品の温度が2°C上昇するたびに、信頼性は10%低下します。50°Cの温度上昇での動作寿命は、25°Cの温度上昇時の1/6にすぎません。 過熱による電力機器の損傷を防ぐために、スイッチング電源にも過熱保護回路を設置する必要があります。
過電圧、低電圧、過熱保護回路は、4個のコンパレータLM339といくつかのディスクリート部品のみで構成されています。サンプリング電圧は、整流およびフィルタリング後に補助制御電源から直接取得できます。入力電源電圧の変化を反映しています。コンパレータはリファレンス電圧を共有します。N1.1は低電圧コンパレータ、N1.2は過電圧コンパレータです。R1の過電圧および低電圧動作スレッショルドを調整することで調整できます。N1.3は過熱コンパレータで、RTは負の温度係数を持つサーミスタです。R7と分圧器を形成し、パワースイッチングデバイスIGBTの表面に近い。温度が上昇すると、RTの抵抗値は減少します。R7の抵抗を適切に選択してください。N1.3を設定された温度しきい値で動作させるための値。N1.4は、外部障害の緊急シャットダウンに使用されます。前方端子がローレベルを入力すると、コンパレータはローレベルを出力してPWM駆動信号をオフにします。4つのコンパレータの出力端子が並列に接続されているため、過電圧、低電圧、過熱のいずれが発生しても、コンパレータはローレベルを出力し、駆動信号をオフして電源を停止し、メンテナンスを完了します。回路を少し変更すれば、コンパレータにハイレベルの閉駆動信号を出力させることもできます。
3. 欠相維持回路
電力網自体または信頼性の低い電源入力配線により、スイッチング電源は位相がずれて動作することがあり、フェーズアウト動作を時間内に検出することは困難です。電源が欠相動作の場合、整流器ブリッジの一方のアームには電流が流れませんが、もう一方のアームは深刻な過電流になり、損傷を引き起こします。同時に、インバータが異常に動作するため、位相損失を保護する必要があります。電力網の位相損失をチェックするために、変流器または電子位相損失検査回路が一般的に使用されます。変流器の検査コストが高く、サイズが大きいため、スイッチング電源には電子位相損失保護回路が一般的に使用されています。三相のバランスをとると、R1~R3ノードのH電位は非常に低く、光結合出力はほぼゼロレベルになります。位相が欠落すると、H点の電位が上昇し、フォトカプラはハイレベルを出力し、コンパレータと比較した後、ローレベルを出力して駆動信号をオフにします。コンパレータのリファレンスは、欠相動作スレッショルドを調整するために調整可能です。この欠相維持は、三相4線式システムには適用できますが、三相3線式システムには適用されません。回路を少し変更するだけで、PWM信号を高レベルでオフにすることもできます。
三相3線式電源用の欠相保護回路です。A、B、Cのいずれかの位相が欠落している場合、フォトカプラの出力レベルはコンパレータの反転入力端子の基準電圧よりも低く、コンパレータはローレベルを出力してオフになります。 PWM駆動信号、電源をオフにします。コンパレータの入力極性をわずかに変更することで、PWM信号をハイレベルでオフすることもできます。この欠相保護回路は、フォトカプラを使用して強い電流を遮断し、安全で信頼性の高い回路です。RP1とRP2は、欠相保護アクションのしきい値を調整するために使用されます。
4.短絡メンテナンス
スイッチング電源は他の電子機器と同じです。短絡は最も深刻な障害です。短絡保護が信頼できるかどうかは、スイッチング電源の信頼性に影響を与える重要な要素です。IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)は、電界効果トランジスタの高入力インピーダンス、低駆動電力、バイポーラトランジスタの大きな電圧と電流容量、および管電圧の低下という特性を兼ね備えています。これは、中電力および高電力で最も一般的に使用されるスイッチング電源です。パワーエレクトロニクススイッチング機器。IGBTが耐えられる短絡時間は、その飽和電圧降下と短絡電流のサイズに依存し、通常はわずか数μsから数十μsです。短絡電流が過剰になると、短絡許容時間が短くなるだけでなく、ターンオフ時の電流降下率di/dtが大きくなりすぎます。漏れインダクタンスとリードインダクタンスが存在するため、IGBTコレクタの過電圧が発生します。この過電圧により、デバイス内にエンジンが発生する可能性があります。ライブエフェクトは間違いなくIGBTの故障を引き起こし、同時に、高い過電圧はIGBTの故障を引き起こします。したがって、短絡過電流が発生した場合は、効果的な保護対策を講じる必要があります。IGBTの短絡保護を完了するには、過電流チェックを行う必要があります。IGBT過電流チェックに適した方法は、一般に、ホール電流センサーを使用してIGBT電流Icを直接チェックし、それを設定されたしきい値と比較し、コンパレータの出力を使用して駆動信号のターンオフを制御することです。または、直流電圧法を使用して、過電流時のIGBTの電圧降下Vceは、管電圧降下が短絡電流情報に富んでいるためです。Vceは過電流時に増加し、基本的には線形関係です。過電流時のVceを確認し、設定されたしきい値と比較します。コンパレータ 出力は駆動回路のシャットダウンを制御します。短絡電流が発生した場合、ターンオフ電流のdi/dtが大きすぎて過電圧が発生し、IGBTが無効で損傷するのを防ぎ、電磁干渉を低減するために、ソフトゲート電圧低減とソフトターンオフの包括的な保護技術が一般的に使用されます。過電流信号を検出した後、最初のステップは、ゲートリダクションメンテナンス手順を入力して、障害電流の振幅を減らし、IGBTの短絡耐性時間を延長することです。ゲート下降動作の後、故障電流の信頼性を判断するために固定遅延時間が設定されます。遅延時間内に障害が消えると、グリッド電圧は自動的に回復します。障害がまだ存在する場合は、ソフトシャットダウン手順を実行してグリッド電圧を0V未満に下げ、IGBT駆動信号をオフにします。ゲート電圧低減プロセス中にコレクタ電流が減少しているため、ソフトターンオフ中に過度の短絡電流降下率や過度の過電圧が発生することはありません。ソフトゲート電圧低減とソフトターンオフゲート駆動保護を使用すると、障害電流の振幅と減少率を制限し、過電圧を低減し、IGBT電流と電圧の動作トラックが安全ゾーン内にあることを確認できます。
ゲート電圧低減保護回路を設計する際には、ゲート電圧低減範囲と速度を正確に選択する必要があります。ゲート電圧低減範囲が大きい場合(7.5Vなど)、ゲート電圧低減速度は速すぎないようにする必要があります。一般に、立ち下がり時間が2μsのソフトゲート電圧低減を使用できます。ゲート電圧降下範囲が大きく、コレクタ電流がすでに小さいため、ソフトシャットダウンを使用せずに障害状態でゲートをより高速にオフにできます。ゲート電圧降下範囲が小さい場合(たとえば、5V未満)、ゲートステップダウン速度を速くすることができ、ゲート電圧をオフにする速度を遅くする必要があります、つまり、過電圧を防ぐためにソフトターンオフが使用されます。短絡障害が発生した場合に電源が動作を中断するのを防ぎ、元の動作周波数での継続的な短絡保護がIGBTに熱の蓄積や損傷を引き起こすのを防ぐために、ゲート電圧保護を減らすことで、短絡保護後に回路をすぐにシャットダウンする必要がなくなります。 動作周波数を上げながら。減少し(たとえば、約1Hz)、断続的な「しゃっくり」メンテナンス方法が形成され、障害が解消されると通常の動作が再開されます。
以下に、IGBT短絡保護のためのいくつかの有用な回路と動作原理を紹介します。
専用ドライバEXB841にIGBT過電流使用時のVce増加の原理を利用したメンテナンス回路です。EXB841の内部回路は、優れたゲートリダクションとソフトターンオフを実現でき、干渉による誤動作を排除するための内部遅延機能を備えています。IGBT過電流情報が豊富なVceは、EXB841のコレクタ電圧監視ピン6に直接送信されません。代わりに、高速回復ダイオードVD1を通過し、コンパレータIC1を介してEXB841のピン6に出力されます。目的は、VD1の順方向電圧を除去することです。電圧降下は電流によって変化します。スレッショルドコンパレータを使用して、電流検査の精度を向上させます。過電流が発生した場合、ドライバEXB841の低速カットオフ回路は、コレクタ電流スパイクがIGBTデバイスを損傷するのを防ぐために、IGBTをゆっくりとオフにします。
過電流チェックに電流センサを使用するIGBTメンテナンス回路。電流センサー(SC)の一次側(1ターン)は、IGBTのコレクタ回路に直列に接続されています。2次側によって誘導される過電流信号は整流され、コンパレータIC1の非反転入力に送られます。端子は、反転端子の基準電圧と比較して、IC1の出力は正帰還でコンパレータIC2に送られ、その出力はPWMコントローラUC3525の出力制御ピン10に接続される。
過電流が発生すると、電流センサで検出される整流電圧が上昇し、VA>Vref、VBがハイレベルになり、C3が充電されてVC>Vrefになり、IC2がハイレベル(1.4V以上)を出力し、PWM制御回路がオフになります。駆動信号がないため、IGBTがオフになり、電源が動作を停止し、電流センサーに電流が流れないため、VA>t1が発生し、電源がスリープ状態になります。正帰還抵抗R7は、IC2がハイレベルとローレベルの2つの状態のみを持つことを保証します。D5、R1、およびC3の充電および放電回路は、IC2の出力がハイレベルとローレベルの間で頻繁に変化しないようにします。
過電流検出に電流センサを使用するIGBT保護回路は、IGBT(V1)過電流コレクタ電圧検出と電流センサ検出を使用する包括的な保護回路です。回路の動作原理は、負荷が短絡している(または他の障害によりIGBTが過電流状態になっている)場合、V1のVceが増加し、V3ゲート駆動電流がR2を通過し、R3分圧器がV3をオンにすることです。IGBTのゲート電圧はVD3によって制御および低減されるため、IGBTのピーク電流変動が制限されます。同時に、V2はR5C3によって遅延された後、オンになります。ソフトシャットダウン信号を送信します。一方、短絡時には電流センサで短絡電流をチェックし、コンパレータIC1によるハイレベル出力でV3をオンにしてゲート電圧を下げ、V2をオンしてソフトシャットダウンします。
IGBTコレクタ電圧をチェックする過電流保護原理を使用して、ソフトゲート電圧低減、ソフトターンオフ、および低動作周波数保護技術を備えた短絡保護回路が採用されています。
通常の動作状態では、駆動入力信号がローレベルの場合、フォトカプラIC4は導通せず、V1とV3は導通し、負の駆動電圧が出力されます。駆動入力信号がハイレベルになると、フォトカプラIC4がオンし、V1がオフしてV2がオンし、正の駆動電圧が出力され、パワースイッチV4が通常のスイッチング状態で動作する。短絡障害が発生すると、IGBTコレクタ電圧が上昇します。Vceの増加により、コンパレータIC1はハイレベルを出力し、V5がオンになり、IGBTはソフトゲート電圧降下を完了します。ゲート電圧降下範囲は電圧レギュレータVD2によって決定され、ゲート電圧はソフトに低下します。プレスモーメントはR6C1と2μsで構成されています。同時に、IC1による高レベル出力はC2からR7までを充電します。C2の電圧が電圧レギュレータ管VD4のブレークダウン電圧に達すると、V6がオンになり、R9C3は約3μsのソフトオフゲート電圧を形成します。ゲート電圧はソフトオフゲート電圧の遅延時間は、一般に7〜5μsの間で選択される時定数R2C5によって決定されます。V5がオンになると、V7はC4R10回路を介してベース電流を流れ、約20μsの間オンになります。保護のためにゲート電圧を下げると、入力駆動信号は一定期間ブロックされ、誤動作を避けるために入力端のシャットダウン信号に応答しなくなります。ハード・シャットダウンの過電圧により、駆動回路はフォルト時にゲート電圧を完全に低減し、ソフト・シャットダウン保護プロセスを実行することができます。
V7がオンすると、フォトカプラIC5がオンになり、タイムベース回路IC2のトリガピン2が負のトリガ信号を取得します。555の出力ピン3はハイレベルを出力し、V9はオン、IC3はオフになります。ターンオフ時間はタイミング成分R15C5(約1.2秒)によって決定され、動作周波数は1Hz未満に低下します。ドライバーの出力信号はいわゆる「ヒカップ」状態で動作し、短絡障害後も元の周波数で動作していることによって引き起こされる継続的な短絡保護によって引き起こされる熱の蓄積を防ぎます。IGBT が破損している。障害が消える限り、回路は通常の動作状態に戻ることができます。
スイッチング電源保護機能は、電源装置の電気的性能に必要な追加機能ですが、過酷な環境や事故状態では、保護回路が完全でスケジュールどおりに機能しているかどうかは、電源装置の安全性と信頼性にとって非常に重要です。テクニカル指標をチェックするときは、保護機能を確認する必要があります。
スイッチング電源の保守計画と回路構造は多様ですが、特定の電源機器については、障害条件下で真に効果的に保守を完了できるように、合理的な保守計画と回路構造を選択する必要があります。この記事で説明する保護回路は、回路構成を簡素化し、コストを削減するために柔軟に組み合わせることができます。
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