大功率电压型逆变器新型组合式IGBT过流保护方案

2)负载电路短路在某些升压变压器输出场合，副边短路的情况。

3)逆变器输出直接短路

图4给出了保护电路框图。直通保护电路必须有非常快的速度，在一般情况下，如果IGBT的额定参数选择合理，10μs之内的过流就不会损坏器件，所以必须在这个时间内关断IGBT。母线电流检测用霍尔传感器，响应速度快，是短路保护检测的最佳选择。比较器用LM319，检测值与设定值比较，一旦超过，马上输出保护信号封锁驱动。同时用触发器构成记忆锁定保护电路，以避免保护电路在过流时的频繁动作。外接的复位电路也不可缺少。

3.2整流部分保护

对于大功率电压型逆变器，为了改善进线电流波形，一般在直流母线上串有滤波电感，如图5所示。由于电感的存在，当逆变电路一旦停止工作，如果整流电路仍处在整流状态，则电感中的能量将向电容释放，在逆变保护动作瞬间电容将承受一个很高的过冲电压，若不采取措施，可能会直接导致电容过压损坏。尤其在负载电流很高，L中储能很大时，更加危险。

假设逆变关断时滤波电感中的电流全部从电容C中流过，同时整流器继续输出电压Ud。图6给出了等效电路，L与C串联谐振，由于整流桥电流只能单向流通，所以振荡到T/4时结束。

可见在谐振到1/4周期时，电容上的电压达到最大值，之后谐振停止。

电容上最后电压与母线电流，电感及电容有关。在我们试验用的10kW样机中，直流母线电压200V时让逆变瞬间在保护信号下关断，母线电压突然上升到近450V。针对此种现象，采用在保护动作的同时将整流电路拉到逆变工作状态(触发角α拉到约150°)，使滤波电感中的能量大部分回馈到电网。

在实际应用中，由于驱动电路的故障导致上下桥臂IGBT直通的可能性很小。鉴于此，也可以采用单一的整流部分拉逆变的保护方法。对于像负载过流或短路，都能在IGBT允许的短路电流时间内将整个装置的工作停下来。这种保护方法并不直接针对IGBT，而是将前级整流输入关断，故障时IGBT仍处于工作状态。这属于“软保护”，对IGBT没有应力冲击，同时也可以避免在大电流下瞬间关断可能导致IGBT超出关断安全工作区而处于擎住状态。

实验结果

这种保护方案已成功地应用于大功率高频高压电压型串联谐振逆变器中，中压输出经升压变压器升到6kV，用于材料电晕处理。样机输出功率约10kW。由于负载是高压电晕处理器，升压变压器内部容易发生原、副边击穿现象。试验中发现，不论对于负载短路，变压器击穿引起的过流，还是输入电压过高引起的过流都能很好地保护逆变器不受损坏。

结论

IGBT是逆变器中最容易损坏的部分，特别是对于电压型可控整流电路。在对IGBT直通保护时还要考虑到关断逆变器对前级电路的影响。本文所介绍的整流逆变同时保护的方案可以可靠保护整个逆变器，并在实践中取得了良好的效果。