Представьте несколько схем защиты, обычно используемых в импульсных источниках питания. -Литий-ионный аккумулятор
Показатели качества при оценке импульсных источников питания должны основываться на безопасности и надежности в качестве основных принципов. Исходя из предпосылки, что электротехнические показатели соответствуют требованиям для нормального использования, для обеспечения безопасной и надежной работы источника питания в суровых условиях и внезапных сбоях необходимо спроектировать различные схемы защиты, такие как плавный пуск для предотвращения скачков напряжения, предотвращения перенапряжения и пониженного напряжения. напряжение, перегрев, перегрузка по току, короткое замыкание и отсутствие защитной цепи. Ниже приведены несколько схем технического обслуживания, обычно используемых для импульсных источников питания:
1. Контур плавного пуска с защитой от помпажа
В большинстве входных цепей импульсных источников питания используются выпрямительные схемы конденсаторного фильтра. При включении входящего источника питания, поскольку начальное напряжение на конденсаторе равно нулю, в момент зарядки конденсатора будет образовываться большой импульсный ток, особенно для импульсных источников питания большой мощности. , выберите конденсатор фильтра с большей емкостью, чтобы импульсный ток достигал более 100 А. Такой большой импульсный ток в момент включения питания часто приводит к перегоранию входного предохранителя или перегоранию контактов замыкающего выключателя, что приводит к повреждению моста выпрямителя от перегрузки по току; В худшем случае это также приведет к тому, что воздушный выключатель не закроется. . Вышеуказанные явления приведут к тому, что импульсный источник питания не сможет нормально работать. По этой причине практически все импульсные источники питания оснащены цепью плавного пуска для предотвращения пускового тока для обеспечения нормальной и надежной работы источника питания.
Выберите цепь защиты от помпажа, состоящую из тиристора V и токоограничивающего резистора R1. При включении питания входное напряжение заряжает конденсатор C через мост выпрямителя (D1 ~ D4) и токоограничивающий резистор R1 для ограничения импульсного тока. Когда конденсатор C заряжен примерно до 80% от номинального напряжения, инвертор работает нормально. Сигнал запуска тиристора генерируется через вспомогательную обмотку главного трансформатора, заставляя тиристор проводить и замыкать токоограничивающий резистор R1, а импульсный источник питания находится в нормальном режиме.
Выберите цепь защиты от помпажа, состоящую из реле К1 и токоограничивающего резистора R1. При включении питания входное напряжение выпрямляется (D1~D4) и токоограничивающий резистор R1 заряжает конденсатор фильтра C1 для предотвращения скачка тока в момент включения. При этом вспомогательный источник питания Vcc подключается к линии реле К1 через пару резисторов R2. Заряжен конденсатор С2 корпуса. Когда напряжение на С2 достигает рабочего напряжения реле К1, срабатывает К1, его контакт К1.1 замыкается и обходит токоограничивающий резистор R1, и источник питания переходит в нормальный режим работы. Время задержки ограничения тока зависит от постоянной времени (R2C2) и обычно выбирается от 0,3 до 0,5 с. Чтобы повысить точность времени задержки и предотвратить тряску и вибрацию реле, схема задержки может использовать схему, показанную на рисунке 3, вместо схемы задержки RC. (Оборудование с литий-ионными батареями)
2. Цепь защиты от перенапряжения, пониженного напряжения и перегрева
Повреждения, вызванные повышенным и пониженным напряжением входящего источника питания к импульсному источнику питания, в основном проявляются в повреждении оборудования из-за напряжения и тока, которые оно выдерживает, превышающих диапазон нормального использования, и в то же время электрические показатели производительности повреждены и не могут соответствовать требованиям. Поэтому верхний и нижний пределы входного источника питания должны быть ограничены, а защита от перенапряжения и пониженного напряжения используется для повышения надежности и безопасности источника питания.
Температура является важнейшим фактором, влияющим на надежность энергетического оборудования. Согласно соответствующему анализу материалов, каждый раз, когда температура электронных компонентов повышается на 2°C, надежность снижается на 10%. Срок службы при повышении температуры 50°C составляет всего 1/6 от срока службы при повышении температуры на 25°C. Чтобы предотвратить повреждение силового оборудования из-за перегрева, в импульсном источнике питания также необходимо установить цепь защиты от перегрева.
Схема защиты от перенапряжения, пониженного напряжения и перегрева, состоящая только из 4-компаратора LM339 и нескольких дискретных компонентов. Выборочное напряжение может быть получено непосредственно от вспомогательного источника питания управления после выпрямления и фильтрации. Он отражает изменение входного напряжения питания. Компаратор имеет общее опорное напряжение. N1.1 - компаратор пониженного напряжения, а N1.2 - компаратор повышенного напряжения. Его можно регулировать, регулируя пороги срабатывания повышенного и пониженного напряжения R1. N1.3 – компаратор перегрева, а RT – термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Он образует делитель напряжения с R7 и находится близко к поверхности силового коммутационного устройства IGBT. При повышении температуры значение сопротивления РТ уменьшается. Выберите соответствующее сопротивление R7. для того, чтобы N1.3 работал при заданном температурном пороге. Н1.4 используется для аварийного отключения внешних неисправностей. Когда его передний терминал вводит низкий уровень, компаратор выдает низкий уровень, чтобы отключить сигнал привода ШИМ. Поскольку выходные клеммы четырех компараторов подключены параллельно, независимо от того, возникает ли повышение, пониженное напряжение или перегрев, компаратор выдает низкий уровень и отключает сигнал привода, чтобы остановить питание и завершить техническое обслуживание. Если схема немного изменена, компаратор также может быть настроен на выдачу высокого уровня замкнутого управляющего сигнала.
3. Цепь поддержания обрыва фазы
Из-за самой электросети или ненадежной проводки ввода питания импульсный источник питания иногда работает не по фазе, и работу поэтапного отключения трудно обнаружить вовремя. Когда источник питания находится в режиме фазового обрыва, в одном плече выпрямительного моста не будет тока, а в другом плече будет серьезная перегрузка по току, что приведет к повреждению. При этом инвертор будет работать ненормально, поэтому обрыв фазы должен быть защищен. Для проверки фазовых потерь в электросети обычно используется трансформатор тока или электронная схема контроля фазовых обрывов. Из-за высокой стоимости проверки и больших размеров трансформаторов тока в импульсных источниках питания обычно используются электронные схемы защиты от обрыва фазы. Когда три фазы уравновешены, потенциал H узлов R1 ~ R3 очень низкий, а выход оптической связи примерно равен нулю. При отсутствии фазы потенциал точки H повышается, оптрон выдает высокий уровень, а после сравнения с компаратором выдает низкий уровень и отключает управляющий сигнал. Опорный сигнал компаратора регулируется для регулировки порога срабатывания фазового обрыва. Это поддержание фазовых потерь применимо к трехфазной четырехпроводной системе, но не к трехфазной трехпроводной системе. При незначительном изменении схемы ШИМ-сигнал также можно отключить с высоким уровнем.
Схема защиты от обрыва фазы для трехфазного трехпроводного источника питания. Если какая-либо фаза A, B или C отсутствует, выходной уровень оптопары ниже, чем опорное напряжение инвертирующей входной клеммы компаратора, и компаратор выдает низкий уровень и отключается. Сигнал привода ШИМ, отключите питание. Незначительно изменив полярность входного сигнала компаратора, ШИМ-сигнал также можно отключить с высоким уровнем. В этой схеме защиты от обрыва фазы используется оптрон для блокировки сильного тока, что является безопасным и надежным. RP1 и RP2 используются для регулировки порога срабатывания защиты от обрыва фазы.
4. Техническое обслуживание при коротком замыкании
Импульсный источник питания такой же, как и у другого электронного оборудования. Короткое замыкание является самой серьезной неисправностью. Надежность защиты от короткого замыкания является важным фактором, влияющим на надежность импульсного источника питания. IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) сочетает в себе характеристики высокого входного сопротивления, низкой движущей мощности полевых транзисторов, большой емкости биполярных транзисторов по напряжению и току и пониженного напряжения лампы. Это наиболее часто используемый импульсный источник питания средней и высокой мощности. Силовая электронная коммутационная аппаратура. Время короткого замыкания, которое может выдержать IGBT, зависит от падения напряжения насыщения и величины тока короткого замыкания, который обычно составляет от нескольких мкс до десятков мкс. Чрезмерный ток короткого замыкания не только сокращает время приема короткого замыкания, но и делает скорость падения тока di/dt при отключении слишком большой. Из-за наличия индуктивности утечки и индуктивности вывода возникает перенапряжение коллектора IGBT. Это перенапряжение может привести к возникновению двигателя внутри устройства. Живой эффект определенно приведет к выходу IGBT из строя, и в то же время высокое перенапряжение приведет к поломке IGBT. Поэтому при возникновении короткого замыкания по току необходимо принимать эффективные защитные меры. Для того, чтобы завершить защиту IGBT от короткого замыкания, необходимо провести проверку перегрузки по току. Метод, подходящий для проверки перегрузки по току IGBT, обычно заключается в использовании датчика тока Холла для непосредственной проверки микросхемы тока IGBT, а затем сравнения его с заданным пороговым значением и использования выхода компаратора для управления отключением сигнала привода; или используйте метод постоянного напряжения для проверки Падение напряжения Vce IGBT при перегрузке по току связано с тем, что падение напряжения на трубке богато информацией о токе короткого замыкания. Vce увеличивается при перегрузке по току и в основном представляет собой линейную зависимость. Проверьте Vce при перегрузке по току и сравните его с установленным порогом. Компаратор Выход управляет отключением цепи привода. При возникновении тока короткого замыкания, чтобы не допустить, чтобы di/dt тока отключения был слишком большим, чтобы вызвать перенапряжение, приводящее к неэффективности и повреждению IGBT, а также для уменьшения электромагнитных помех, обычно используются методы снижения напряжения мягкого затвора и комплексной защиты с мягким отключением. После обнаружения сигнала перегрузки по току первым делом необходимо ввести процедуру технического обслуживания затвора, чтобы уменьшить амплитуду тока короткого замыкания и продлить время выдерживания короткого замыкания IGBT. После опускания затвора устанавливается фиксированное время задержки для определения подлинности тока короткого замыкания. Если неисправность исчезнет в течение времени задержки, напряжение сети автоматически восстановится. Если неисправность все еще существует, будет выполнена процедура мягкого отключения для снижения напряжения сети до уровня ниже 0 В, управляющий сигнал IGBT отключается. Поскольку ток коллектора был снижен в процессе снижения напряжения на затворе, не будет чрезмерного падения тока короткого замыкания и чрезмерного перенапряжения при плавном отключении. Использование мягкого снижения напряжения затвора и защиты привода затвора с мягким отключением может ограничить амплитуду и уменьшить частоту тока короткого замыкания, уменьшить перенапряжение и гарантировать, что рабочий трек тока и напряжения IGBT находится в безопасной зоне.
При проектировании схемы защиты от снижения напряжения на затворе необходимо точно выбрать диапазон и скорость снижения напряжения затвора. Если диапазон снижения напряжения на затворе велик (например, 7,5 В), скорость снижения напряжения на затворе не должна быть слишком высокой. Как правило, можно использовать мягкое снижение напряжения затвора с временем падения 2 мкс. , поскольку диапазон падения напряжения на затворе велик, а ток коллектора уже невелик, затвор можно быстрее отключить в состоянии неисправности без использования плавного отключения; если диапазон падения напряжения на затворе невелик (например, ниже 5 В), скорость понижения затвора может быть выше, а скорость отключения напряжения затвора должна быть медленной, то есть для предотвращения перенапряжения используется мягкое отключение. Для предотвращения прерывания работы источника питания в случае короткого замыкания, а также для предотвращения накопления тепла и повреждения IGBT постоянной защитой от короткого замыкания на исходной рабочей частоте, использование защиты от пониженного напряжения затвора устраняет необходимость немедленного отключения цепи после защиты от короткого замыкания, при увеличении рабочей частоты. снижается (например, примерно на 1 Гц), образуя прерывистый «икотный» метод обслуживания, и нормальная работа возобновится после устранения неисправности.
Ниже приведено несколько полезных схем и принципов работы для защиты от короткого замыкания IGBT.
Для выделенного драйвера EXB841 используется схема обслуживания, использующая принцип увеличения Vce при перегрузке по току IGBT. Внутренняя цепь EXB841 может обеспечить превосходное снижение затвора и мягкое отключение, а также имеет функцию внутренней задержки для устранения неисправностей, вызванных помехами. Vce, который содержит богатую информацию о перегрузке по току IGBT, не посылается напрямую на контакт 6 контроля напряжения коллектора EXB841. Вместо этого он проходит через диод быстрого восстановления VD1 и выводится через компаратор IC1 на контакт 6 EXB841. Цель состоит в том, чтобы устранить прямое напряжение VD1. Падение напряжения изменяется в зависимости от тока. Используйте пороговый компаратор для повышения точности текущего контроля. При возникновении перегрузки по току низкоскоростная цепь отключения драйвера EXB841 медленно отключает IGBT, чтобы предотвратить повреждение устройства IGBT скачками тока коллектора.
Цепь технического обслуживания IGBT, использующая датчик тока для проверки перегрузки по току. Первичная обмотка (1 виток) датчика тока (КА) соединена последовательно с коллекторной цепью IGBT. Сигнал перегрузки по току, индуцированный вторичной обмоткой, выпрямляется и направляется на неинвертирующий вход компаратора IC1. клеммы, по сравнению с опорным напряжением инвертирующей клеммы, выход IC1 направляется на компаратор IC2 с положительной обратной связью, а его выход подключается к выходному управляющему выводу 10 ШИМ-контроллера UC3525.
При возникновении перегрузки по току выпрямленное напряжение, регистрируемое датчиком тока, увеличивается, VA>Vref, VB - высокий уровень, C3 заряжается до VC>Vref, выходы IC2 - высокий уровень (более 1,4 В), а цепь управления ШИМ отключается. Из-за отсутствия сигнала привода IGBT отключается, и блок питания перестает работать, а ток не протекает через датчик тока, образуя VA>t1, что гарантирует, что блок питания переходит в спящий режим. Резистор с положительной обратной связью R7 гарантирует, что IC2 имеет только два состояния: высокий и низкий. Цепи заряда и разряда D5, R1 и C3 гарантируют, что выход IC2 не будет часто меняться между высоким и низким уровнями, то есть IGBT не будет часто регистрировать или отключаться. повреждения.
Схема защиты IGBT, использующая датчик тока для обнаружения перегрузки по току, представляет собой комплексную схему защиты, в которой используется обнаружение напряжения коллектора перегрузки по току IGBT (V1) и обнаружение датчика тока. Принцип работы схемы таков: при коротком замыкании нагрузки (или перегрузке IGBT по току из-за других неисправностей) Vce V1 увеличивается, ток привода затвора V3 проходит через R2, и делитель напряжения R3 включается V3. Напряжение затвора IGBT контролируется и снижается с помощью VD3, который ограничивает колебания пикового тока IGBT. В то же время V2 включается после задержки R5C3. Отправить сигнал о плавном отключении. С другой стороны, во время короткого замыкания ток короткого замыкания проверяется датчиком тока, а выходной сигнал высокого уровня компаратора IC1 включает V3 для снижения напряжения затвора, а V2 включается для плавного отключения.
Используя принцип защиты от перегрузки по току для проверки напряжения коллектора IGBT, принята цепь защиты от короткого замыкания с мягким снижением напряжения затвора, плавным отключением и защитой от пониженной рабочей частоты.
В нормальных условиях эксплуатации, когда входной сигнал привода находится на низком уровне, оптрон IC4 не проводит, V1 и V3 проводят, и на выходе подается отрицательное управляющее напряжение. Когда входной сигнал привода находится на высоком уровне, оптрон IC4 включается, V1 выключается и V2 включается, на выходе выдается положительное управляющее напряжение, а силовой выключатель V4 работает в нормальном состоянии переключения. При возникновении короткого замыкания напряжение коллектора IGBT увеличивается. Из-за увеличения Vce компаратор IC1 выдает высокий уровень, включается V5, и IGBT завершает падение напряжения на мягком затворе. Диапазон падения напряжения на затворе определяется регулятором напряжения VD2, а напряжение на затворе плавно падает. Момент прессования состоит из R6C1 и 2 мкс. В то же время высокий уровень выходного сигнала IC1 заряжает от C2 до R7. Когда напряжение на С2 достигает напряжения пробоя трубки регулятора напряжения VD4, включается V6 и R9C3 образует напряжение плавного выключения затвора около 3 мкс. Напряжение затвора плавно уменьшается до Время задержки напряжения плавного отключения затвора определяется постоянной времени R7C2, которая обычно выбирается в диапазоне от 5 до 15 мкс. При включении V5 V7 протекает через ток базы через цепь C4R10 и включается примерно на 20 мкс. После снижения напряжения на затворе для защиты входной сигнал привода блокируется на некоторое время и больше не реагирует на сигнал отключения на входном конце, чтобы избежать неисправностей. Жесткое отключение от перенапряжения позволяет цепи привода выполнять полный процесс снижения напряжения затвора и защиты от мягкого отключения в присутствии неисправности.
При включении V7 включается оптрон IC5, и триггерный контакт 2 схемы временной развертки IC2 получает отрицательный сигнал запуска. Выходной контакт 3 555 выдает высокий уровень, V9 включен, а IC3 выключен. Время выключения определяется компонентом синхронизации R15C5 (около 1,2 с), в результате чего рабочая частота падает ниже 1 Гц. Выходной сигнал драйвера будет работать в так называемом «икотном» состоянии, что предотвращает накопление тепла, вызванное непрерывной защитой от короткого замыкания, вызванной продолжением работы на исходной частоте после короткого замыкания. IGBT поврежден. До тех пор, пока неисправность не исчезнет, цепь может вернуться к нормальным рабочим условиям.
Несмотря на то, что функция защиты импульсного источника питания является дополнительной функцией, необходимой для электрических характеристик оборудования источника питания, в суровых условиях и аварийных условиях для безопасности и надежности оборудования электропитания решающее значение имеет завершенность и работа схемы защиты в соответствии с графиком. При проверке технических индикаторов следует проверить функцию защиты.
Планы технического обслуживания и структуры цепей импульсных источников питания разнообразны, но для конкретного оборудования электропитания следует выбрать разумный план технического обслуживания и структуру цепи, чтобы техническое обслуживание могло быть действительно и эффективно выполнено в условиях неисправности. Схемы защиты, описанные в этой статье, можно гибко комбинировать для упрощения построения схем и снижения затрат.
1. Контур плавного пуска с защитой от помпажа
В большинстве входных цепей импульсных источников питания используются выпрямительные схемы конденсаторного фильтра. При включении входящего источника питания, поскольку начальное напряжение на конденсаторе равно нулю, в момент зарядки конденсатора будет образовываться большой импульсный ток, особенно для импульсных источников питания большой мощности. , выберите конденсатор фильтра с большей емкостью, чтобы импульсный ток достигал более 100 А. Такой большой импульсный ток в момент включения питания часто приводит к перегоранию входного предохранителя или перегоранию контактов замыкающего выключателя, что приводит к повреждению моста выпрямителя от перегрузки по току; В худшем случае это также приведет к тому, что воздушный выключатель не закроется. . Вышеуказанные явления приведут к тому, что импульсный источник питания не сможет нормально работать. По этой причине практически все импульсные источники питания оснащены цепью плавного пуска для предотвращения пускового тока для обеспечения нормальной и надежной работы источника питания.
Выберите цепь защиты от помпажа, состоящую из тиристора V и токоограничивающего резистора R1. При включении питания входное напряжение заряжает конденсатор C через мост выпрямителя (D1 ~ D4) и токоограничивающий резистор R1 для ограничения импульсного тока. Когда конденсатор C заряжен примерно до 80% от номинального напряжения, инвертор работает нормально. Сигнал запуска тиристора генерируется через вспомогательную обмотку главного трансформатора, заставляя тиристор проводить и замыкать токоограничивающий резистор R1, а импульсный источник питания находится в нормальном режиме.
Выберите цепь защиты от помпажа, состоящую из реле К1 и токоограничивающего резистора R1. При включении питания входное напряжение выпрямляется (D1~D4) и токоограничивающий резистор R1 заряжает конденсатор фильтра C1 для предотвращения скачка тока в момент включения. При этом вспомогательный источник питания Vcc подключается к линии реле К1 через пару резисторов R2. Заряжен конденсатор С2 корпуса. Когда напряжение на С2 достигает рабочего напряжения реле К1, срабатывает К1, его контакт К1.1 замыкается и обходит токоограничивающий резистор R1, и источник питания переходит в нормальный режим работы. Время задержки ограничения тока зависит от постоянной времени (R2C2) и обычно выбирается от 0,3 до 0,5 с. Чтобы повысить точность времени задержки и предотвратить тряску и вибрацию реле, схема задержки может использовать схему, показанную на рисунке 3, вместо схемы задержки RC. (Оборудование с литий-ионными батареями)
2. Цепь защиты от перенапряжения, пониженного напряжения и перегрева
Повреждения, вызванные повышенным и пониженным напряжением входящего источника питания к импульсному источнику питания, в основном проявляются в повреждении оборудования из-за напряжения и тока, которые оно выдерживает, превышающих диапазон нормального использования, и в то же время электрические показатели производительности повреждены и не могут соответствовать требованиям. Поэтому верхний и нижний пределы входного источника питания должны быть ограничены, а защита от перенапряжения и пониженного напряжения используется для повышения надежности и безопасности источника питания.
Температура является важнейшим фактором, влияющим на надежность энергетического оборудования. Согласно соответствующему анализу материалов, каждый раз, когда температура электронных компонентов повышается на 2°C, надежность снижается на 10%. Срок службы при повышении температуры 50°C составляет всего 1/6 от срока службы при повышении температуры на 25°C. Чтобы предотвратить повреждение силового оборудования из-за перегрева, в импульсном источнике питания также необходимо установить цепь защиты от перегрева.
Схема защиты от перенапряжения, пониженного напряжения и перегрева, состоящая только из 4-компаратора LM339 и нескольких дискретных компонентов. Выборочное напряжение может быть получено непосредственно от вспомогательного источника питания управления после выпрямления и фильтрации. Он отражает изменение входного напряжения питания. Компаратор имеет общее опорное напряжение. N1.1 - компаратор пониженного напряжения, а N1.2 - компаратор повышенного напряжения. Его можно регулировать, регулируя пороги срабатывания повышенного и пониженного напряжения R1. N1.3 – компаратор перегрева, а RT – термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Он образует делитель напряжения с R7 и находится близко к поверхности силового коммутационного устройства IGBT. При повышении температуры значение сопротивления РТ уменьшается. Выберите соответствующее сопротивление R7. для того, чтобы N1.3 работал при заданном температурном пороге. Н1.4 используется для аварийного отключения внешних неисправностей. Когда его передний терминал вводит низкий уровень, компаратор выдает низкий уровень, чтобы отключить сигнал привода ШИМ. Поскольку выходные клеммы четырех компараторов подключены параллельно, независимо от того, возникает ли повышение, пониженное напряжение или перегрев, компаратор выдает низкий уровень и отключает сигнал привода, чтобы остановить питание и завершить техническое обслуживание. Если схема немного изменена, компаратор также может быть настроен на выдачу высокого уровня замкнутого управляющего сигнала.
3. Цепь поддержания обрыва фазы
Из-за самой электросети или ненадежной проводки ввода питания импульсный источник питания иногда работает не по фазе, и работу поэтапного отключения трудно обнаружить вовремя. Когда источник питания находится в режиме фазового обрыва, в одном плече выпрямительного моста не будет тока, а в другом плече будет серьезная перегрузка по току, что приведет к повреждению. При этом инвертор будет работать ненормально, поэтому обрыв фазы должен быть защищен. Для проверки фазовых потерь в электросети обычно используется трансформатор тока или электронная схема контроля фазовых обрывов. Из-за высокой стоимости проверки и больших размеров трансформаторов тока в импульсных источниках питания обычно используются электронные схемы защиты от обрыва фазы. Когда три фазы уравновешены, потенциал H узлов R1 ~ R3 очень низкий, а выход оптической связи примерно равен нулю. При отсутствии фазы потенциал точки H повышается, оптрон выдает высокий уровень, а после сравнения с компаратором выдает низкий уровень и отключает управляющий сигнал. Опорный сигнал компаратора регулируется для регулировки порога срабатывания фазового обрыва. Это поддержание фазовых потерь применимо к трехфазной четырехпроводной системе, но не к трехфазной трехпроводной системе. При незначительном изменении схемы ШИМ-сигнал также можно отключить с высоким уровнем.
Схема защиты от обрыва фазы для трехфазного трехпроводного источника питания. Если какая-либо фаза A, B или C отсутствует, выходной уровень оптопары ниже, чем опорное напряжение инвертирующей входной клеммы компаратора, и компаратор выдает низкий уровень и отключается. Сигнал привода ШИМ, отключите питание. Незначительно изменив полярность входного сигнала компаратора, ШИМ-сигнал также можно отключить с высоким уровнем. В этой схеме защиты от обрыва фазы используется оптрон для блокировки сильного тока, что является безопасным и надежным. RP1 и RP2 используются для регулировки порога срабатывания защиты от обрыва фазы.
4. Техническое обслуживание при коротком замыкании
Импульсный источник питания такой же, как и у другого электронного оборудования. Короткое замыкание является самой серьезной неисправностью. Надежность защиты от короткого замыкания является важным фактором, влияющим на надежность импульсного источника питания. IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) сочетает в себе характеристики высокого входного сопротивления, низкой движущей мощности полевых транзисторов, большой емкости биполярных транзисторов по напряжению и току и пониженного напряжения лампы. Это наиболее часто используемый импульсный источник питания средней и высокой мощности. Силовая электронная коммутационная аппаратура. Время короткого замыкания, которое может выдержать IGBT, зависит от падения напряжения насыщения и величины тока короткого замыкания, который обычно составляет от нескольких мкс до десятков мкс. Чрезмерный ток короткого замыкания не только сокращает время приема короткого замыкания, но и делает скорость падения тока di/dt при отключении слишком большой. Из-за наличия индуктивности утечки и индуктивности вывода возникает перенапряжение коллектора IGBT. Это перенапряжение может привести к возникновению двигателя внутри устройства. Живой эффект определенно приведет к выходу IGBT из строя, и в то же время высокое перенапряжение приведет к поломке IGBT. Поэтому при возникновении короткого замыкания по току необходимо принимать эффективные защитные меры. Для того, чтобы завершить защиту IGBT от короткого замыкания, необходимо провести проверку перегрузки по току. Метод, подходящий для проверки перегрузки по току IGBT, обычно заключается в использовании датчика тока Холла для непосредственной проверки микросхемы тока IGBT, а затем сравнения его с заданным пороговым значением и использования выхода компаратора для управления отключением сигнала привода; или используйте метод постоянного напряжения для проверки Падение напряжения Vce IGBT при перегрузке по току связано с тем, что падение напряжения на трубке богато информацией о токе короткого замыкания. Vce увеличивается при перегрузке по току и в основном представляет собой линейную зависимость. Проверьте Vce при перегрузке по току и сравните его с установленным порогом. Компаратор Выход управляет отключением цепи привода. При возникновении тока короткого замыкания, чтобы не допустить, чтобы di/dt тока отключения был слишком большим, чтобы вызвать перенапряжение, приводящее к неэффективности и повреждению IGBT, а также для уменьшения электромагнитных помех, обычно используются методы снижения напряжения мягкого затвора и комплексной защиты с мягким отключением. После обнаружения сигнала перегрузки по току первым делом необходимо ввести процедуру технического обслуживания затвора, чтобы уменьшить амплитуду тока короткого замыкания и продлить время выдерживания короткого замыкания IGBT. После опускания затвора устанавливается фиксированное время задержки для определения подлинности тока короткого замыкания. Если неисправность исчезнет в течение времени задержки, напряжение сети автоматически восстановится. Если неисправность все еще существует, будет выполнена процедура мягкого отключения для снижения напряжения сети до уровня ниже 0 В, управляющий сигнал IGBT отключается. Поскольку ток коллектора был снижен в процессе снижения напряжения на затворе, не будет чрезмерного падения тока короткого замыкания и чрезмерного перенапряжения при плавном отключении. Использование мягкого снижения напряжения затвора и защиты привода затвора с мягким отключением может ограничить амплитуду и уменьшить частоту тока короткого замыкания, уменьшить перенапряжение и гарантировать, что рабочий трек тока и напряжения IGBT находится в безопасной зоне.
При проектировании схемы защиты от снижения напряжения на затворе необходимо точно выбрать диапазон и скорость снижения напряжения затвора. Если диапазон снижения напряжения на затворе велик (например, 7,5 В), скорость снижения напряжения на затворе не должна быть слишком высокой. Как правило, можно использовать мягкое снижение напряжения затвора с временем падения 2 мкс. , поскольку диапазон падения напряжения на затворе велик, а ток коллектора уже невелик, затвор можно быстрее отключить в состоянии неисправности без использования плавного отключения; если диапазон падения напряжения на затворе невелик (например, ниже 5 В), скорость понижения затвора может быть выше, а скорость отключения напряжения затвора должна быть медленной, то есть для предотвращения перенапряжения используется мягкое отключение. Для предотвращения прерывания работы источника питания в случае короткого замыкания, а также для предотвращения накопления тепла и повреждения IGBT постоянной защитой от короткого замыкания на исходной рабочей частоте, использование защиты от пониженного напряжения затвора устраняет необходимость немедленного отключения цепи после защиты от короткого замыкания, при увеличении рабочей частоты. снижается (например, примерно на 1 Гц), образуя прерывистый «икотный» метод обслуживания, и нормальная работа возобновится после устранения неисправности.
Ниже приведено несколько полезных схем и принципов работы для защиты от короткого замыкания IGBT.
Для выделенного драйвера EXB841 используется схема обслуживания, использующая принцип увеличения Vce при перегрузке по току IGBT. Внутренняя цепь EXB841 может обеспечить превосходное снижение затвора и мягкое отключение, а также имеет функцию внутренней задержки для устранения неисправностей, вызванных помехами. Vce, который содержит богатую информацию о перегрузке по току IGBT, не посылается напрямую на контакт 6 контроля напряжения коллектора EXB841. Вместо этого он проходит через диод быстрого восстановления VD1 и выводится через компаратор IC1 на контакт 6 EXB841. Цель состоит в том, чтобы устранить прямое напряжение VD1. Падение напряжения изменяется в зависимости от тока. Используйте пороговый компаратор для повышения точности текущего контроля. При возникновении перегрузки по току низкоскоростная цепь отключения драйвера EXB841 медленно отключает IGBT, чтобы предотвратить повреждение устройства IGBT скачками тока коллектора.
Цепь технического обслуживания IGBT, использующая датчик тока для проверки перегрузки по току. Первичная обмотка (1 виток) датчика тока (КА) соединена последовательно с коллекторной цепью IGBT. Сигнал перегрузки по току, индуцированный вторичной обмоткой, выпрямляется и направляется на неинвертирующий вход компаратора IC1. клеммы, по сравнению с опорным напряжением инвертирующей клеммы, выход IC1 направляется на компаратор IC2 с положительной обратной связью, а его выход подключается к выходному управляющему выводу 10 ШИМ-контроллера UC3525.
При возникновении перегрузки по току выпрямленное напряжение, регистрируемое датчиком тока, увеличивается, VA>Vref, VB - высокий уровень, C3 заряжается до VC>Vref, выходы IC2 - высокий уровень (более 1,4 В), а цепь управления ШИМ отключается. Из-за отсутствия сигнала привода IGBT отключается, и блок питания перестает работать, а ток не протекает через датчик тока, образуя VA>t1, что гарантирует, что блок питания переходит в спящий режим. Резистор с положительной обратной связью R7 гарантирует, что IC2 имеет только два состояния: высокий и низкий. Цепи заряда и разряда D5, R1 и C3 гарантируют, что выход IC2 не будет часто меняться между высоким и низким уровнями, то есть IGBT не будет часто регистрировать или отключаться. повреждения.
Схема защиты IGBT, использующая датчик тока для обнаружения перегрузки по току, представляет собой комплексную схему защиты, в которой используется обнаружение напряжения коллектора перегрузки по току IGBT (V1) и обнаружение датчика тока. Принцип работы схемы таков: при коротком замыкании нагрузки (или перегрузке IGBT по току из-за других неисправностей) Vce V1 увеличивается, ток привода затвора V3 проходит через R2, и делитель напряжения R3 включается V3. Напряжение затвора IGBT контролируется и снижается с помощью VD3, который ограничивает колебания пикового тока IGBT. В то же время V2 включается после задержки R5C3. Отправить сигнал о плавном отключении. С другой стороны, во время короткого замыкания ток короткого замыкания проверяется датчиком тока, а выходной сигнал высокого уровня компаратора IC1 включает V3 для снижения напряжения затвора, а V2 включается для плавного отключения.
Используя принцип защиты от перегрузки по току для проверки напряжения коллектора IGBT, принята цепь защиты от короткого замыкания с мягким снижением напряжения затвора, плавным отключением и защитой от пониженной рабочей частоты.
В нормальных условиях эксплуатации, когда входной сигнал привода находится на низком уровне, оптрон IC4 не проводит, V1 и V3 проводят, и на выходе подается отрицательное управляющее напряжение. Когда входной сигнал привода находится на высоком уровне, оптрон IC4 включается, V1 выключается и V2 включается, на выходе выдается положительное управляющее напряжение, а силовой выключатель V4 работает в нормальном состоянии переключения. При возникновении короткого замыкания напряжение коллектора IGBT увеличивается. Из-за увеличения Vce компаратор IC1 выдает высокий уровень, включается V5, и IGBT завершает падение напряжения на мягком затворе. Диапазон падения напряжения на затворе определяется регулятором напряжения VD2, а напряжение на затворе плавно падает. Момент прессования состоит из R6C1 и 2 мкс. В то же время высокий уровень выходного сигнала IC1 заряжает от C2 до R7. Когда напряжение на С2 достигает напряжения пробоя трубки регулятора напряжения VD4, включается V6 и R9C3 образует напряжение плавного выключения затвора около 3 мкс. Напряжение затвора плавно уменьшается до Время задержки напряжения плавного отключения затвора определяется постоянной времени R7C2, которая обычно выбирается в диапазоне от 5 до 15 мкс. При включении V5 V7 протекает через ток базы через цепь C4R10 и включается примерно на 20 мкс. После снижения напряжения на затворе для защиты входной сигнал привода блокируется на некоторое время и больше не реагирует на сигнал отключения на входном конце, чтобы избежать неисправностей. Жесткое отключение от перенапряжения позволяет цепи привода выполнять полный процесс снижения напряжения затвора и защиты от мягкого отключения в присутствии неисправности.
При включении V7 включается оптрон IC5, и триггерный контакт 2 схемы временной развертки IC2 получает отрицательный сигнал запуска. Выходной контакт 3 555 выдает высокий уровень, V9 включен, а IC3 выключен. Время выключения определяется компонентом синхронизации R15C5 (около 1,2 с), в результате чего рабочая частота падает ниже 1 Гц. Выходной сигнал драйвера будет работать в так называемом «икотном» состоянии, что предотвращает накопление тепла, вызванное непрерывной защитой от короткого замыкания, вызванной продолжением работы на исходной частоте после короткого замыкания. IGBT поврежден. До тех пор, пока неисправность не исчезнет, цепь может вернуться к нормальным рабочим условиям.
Несмотря на то, что функция защиты импульсного источника питания является дополнительной функцией, необходимой для электрических характеристик оборудования источника питания, в суровых условиях и аварийных условиях для безопасности и надежности оборудования электропитания решающее значение имеет завершенность и работа схемы защиты в соответствии с графиком. При проверке технических индикаторов следует проверить функцию защиты.
Планы технического обслуживания и структуры цепей импульсных источников питания разнообразны, но для конкретного оборудования электропитания следует выбрать разумный план технического обслуживания и структуру цепи, чтобы техническое обслуживание могло быть действительно и эффективно выполнено в условиях неисправности. Схемы защиты, описанные в этой статье, можно гибко комбинировать для упрощения построения схем и снижения затрат.
.png?imageView2/1/w/400/h/300)
