文档介绍：20、控制电路设计注意事项
主电路保护的设置
这里所讲的保护,主要是针对电源变换装置里的器件,需要保护的状态包括:过电压、过电流、过热等。
电力电子装置里的许多元件,特别是半导体器件,对电压电流非常敏感,正确地设置保护电路,对电源变换装置的安全运行至关重要。
过电流:过电流是最容易出现的故障,可分为两类,一类是由电源变换装置的供电对象-----负载引起的,负载过重甚至发生短路,必然导致装置内的器件发生过流。第二类过流故障发生在装置电路内部,当器件参数变化,损坏,温度变化,电路整定参数发生变化时均可能发生。
从电路结构看,负载接于输出滤波电路之后,当负载过重或短路发生时,首先是滤波电容的电流快速上升,滤波电感的电流上升的较慢(决定于滤波电路的输入电压、滤波电感的电感量和负载)。
逆变电路
Ui
L
C
L’
R
Uo
IL
IO
IC
如果过流状态维持时间过长, 增长到了较大数值,则会使主电路开关器件受到损坏。
IL
为了防止这种过流导致故障发生,必须尽快检测出电流的变化,并通过保护电路制止过流继续发展,因此过流检测装置应该设置在滤波电容之后的电流通路上(AB之间)。
A
B
负载电流检测装置
对于交流电流,过流检测装置可使用电流互感器或霍尔电流检测器件,它们的检测速度较快,线性好,霍尔电流检测器件较贵,电流互感器较经济。
电流互感器如图所示:在环形导磁铁心上穿绕N匝(黄色),被检电流导线穿过铁心(红色),则:
UR
IO
UR可作为输出电流信号,向保护电路提供。
对于直流电流,过流检测装置可使用电流分流器或霍尔电流检测器件。分流器原理和电阻相同,当直流电流通过分流器时,在其两端产生压降,可用该电压向保护电路提供电流信号。用分流器检测电流时,如不采取特殊措施,主电路和保护电路将共地。霍尔器件则不会。
保护电路的控制结果,根据需要可设计为限流型或截止型。不允许电源变换装置断电时,须按限流型设计,电路原理较为复杂。截止型保护电路原理较为简单。
第二类过电流保护的设置较为复杂,不同的电路有各种保护方案。就本例而言,电路内部的过电流,均可反映到逆变电路输入端的直流母线上,为了简化电路,可在输入端设置过流检测装置。
电路如图所示:
输入整流
滤波电路
逆变电路
输出电路
直流电流检测装置
C
D
过流检测装置应该设置在滤波电路之后的电流通路上(CD之间)。
逆变电路直流端输入的是脉动直流,考虑到隔离要求,电流检测装置一般都使用霍尔器件。
在设计正确的电路里,逆变电路输入端出现过流是不允许的,因此,该电流检测装置输出的过流信号,应该使保护电路停止逆变电路工作。
上述两类过流保护的动作时间需要统一协调,因负载过流,保护电路的动作时间一定要早于直
流侧过流保护电路动作时间,否则会产生错误的保护动作,将负载过流判断为电路内部非正常过流。
除电子保护外,当装置发生不可逆转的损坏时,必须使装置从电网上脱离开。切断装置和电网的连接,一般都由熔断器或具有过流脱扣的自动开关来完成。
变流装置
自动脱扣开关
熔断器
过电压:过电压也可针对负载,用电负载的电压值即不可以超过某一最高值,也不可以低于某一最低值,因此,电源变换装置需设置输出端的“过欠压”保护。
检测装置设置电路如图:
逆变电路
Ui
L
C
L’
R
Uo
IL
IO
IC
A
B
输出电压检测装置
UR
E
过压检测装置应该设置在滤波电路之后的输出电压端(AE之间)。
对于交流电压,过压检测装置可使用电压互感器(变压器)。如果是直流输出电压则可采用电阻分压取样的形式。
负载变化引起输出端电压的正常变化,经过一
定时间后电压会恢复设定值,为了不出现错误的保护动作,过欠压保护一般应具有反时延特性,即过压越多保护电路动作时间越短,反之则具有较长的时间延迟。
电路内部出现过压往往是电路故障引起的,当电压超过设计值较多时,会使器件击穿,导致装置损坏,
输入整流
滤波电路
逆变电路
输出电路
直流电压检测装置
C
F
因此需设置内部电压检测装置。逆变电源常把电压检测装置设置在直流电压输入端。为了隔离电压,电阻分压采样后的信号可使用光电耦合器件进行隔离。这种过压保护电路的动作时间越快越好,由负载
引起的电压波动,不应达到该保护电路的动作设定值。
控制电路工作电源
电源变换装置的控制电路,需要低压工作电源,直接使用交流电网供电的装置,可通过电源变压器、整流器、稳压器得到。
使用直流作为输入电源的装置,侧需要设计小功率变换器来得到低压电源,如单端反激式开关电源。
低压电源可能需要多路,且相互之间还需要隔离,图示为一典型的三相逆变电源控制电路的低压电源供电