專利名稱：用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
電流輸出型逆變器與一般電壓源型逆變器的主要區(qū)別是直流側(cè)工作電壓特別高， 逆變橋輸出經(jīng)電感接交流電壓源。典型的電流輸出型逆變器包括有源電力濾波器、靜止無功發(fā)生器和光伏逆變器等，為保證輸出電流的良好跟蹤特性，其工作電壓至少為兩倍的交流相電壓峰值(趙國鵬，劉進(jìn)軍.靜止無功發(fā)生器直流側(cè)電壓對(duì)無功補(bǔ)償特性的影響研究 [J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，44 ) :66-70.)。在無保護(hù)電路時(shí)，逆變橋上下橋臂換流時(shí)， 由于二極管存在反向恢復(fù)時(shí)間，橋臂在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)處于上下直通狀態(tài)。若此時(shí)直流側(cè)電壓較高，則將產(chǎn)生很大的瞬時(shí)直通電流，進(jìn)而產(chǎn)生極大的電流變化率和電壓變化率，容易導(dǎo)致開關(guān)器件的誤觸發(fā)或燒毀。雖然有些在工業(yè)中應(yīng)用的電壓輸出型逆變器也存在橋臂直通問題，但由于直流側(cè)電壓較低，產(chǎn)生的直通沖擊電流較小，危害性較低而不被人們重視。文獻(xiàn)(馬俊興，孫漢卿.IGBT短路保護(hù)的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2009， 42(11) :235-237.；胡宇，呂征宇.IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)與測試[J].機(jī)電工程，2008， 25(7) :58-60,71.；邱進(jìn)，陳軒恕，劉飛，等.基于有源電力濾波器的IGBT驅(qū)動(dòng)及保護(hù)研究 [J].通信電源技術(shù)，2008，25 (5) :4-6.)提出了基于IGBT驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)方案，通過檢測過電流的大小決定是否關(guān)閉IGBT驅(qū)動(dòng)電路，但這類方法沒考慮逆變電路正常工作時(shí)由續(xù)流二極管、另一橋臂開關(guān)管和直流側(cè)電壓引起的直通過電流，易造成逆變電路不能正常工作。有些保護(hù)電路還通過在開關(guān)管兩側(cè)并聯(lián)高頻電容以降低開關(guān)損耗和過電壓，反而更增加了二極管反向恢復(fù)時(shí)的過電流峰值。文獻(xiàn)Etxeberria-Otadui I，San-Sebastian J, Viscarret U, et al. Analysis of IGCT current clamp design for single phase H-bridge converters[C]. Power electronics specialists conference,2008, PESC 2008，IEEE :4343-4348]提出了一種用于集成門極換流晶閘管(IGCT)的保護(hù)電路，但并未將其用于帶有反并聯(lián)二極管的IGBT保護(hù)中。首先基于工作原理和實(shí)驗(yàn)波形，分析功率器件的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性，以及由器件開關(guān)特性引起的直通現(xiàn)象而產(chǎn)生電流尖峰的原因。通過分析發(fā)現(xiàn)，完全消除電流尖峰是不可能的，只能采取必要措施以降低電流尖峰的幅值并將其限制在開關(guān)器件可以承受的合理范圍內(nèi)。1逆變電路產(chǎn)生瞬時(shí)電流尖峰的機(jī)理分析典型的電流輸出型三相四線逆變器的等效電路如圖1所示，具有典型的半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1中，Q1和Q2為IGBT開關(guān)管，D1和D2為Q1和Q2反并聯(lián)二極管。在圖1中，以由D1和D2以及％和％組成的橋臂為例，當(dāng)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管都沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，假定此時(shí)電流流經(jīng)D1，則當(dāng)％開通時(shí)，電流從D1轉(zhuǎn)移到Q2,當(dāng)D1電流降到零時(shí)，電感電流已全部轉(zhuǎn)移到Q2。由于二極管D1反向恢復(fù)時(shí)間的存在，此時(shí)D1處于反向?qū)顟B(tài)，直流側(cè)電壓直接加到D1和％上。由于D1和％的動(dòng)態(tài)阻抗很低，直流側(cè)電壓在D1和Q2上產(chǎn)生很大的直通電流，唯一限制直通電流的是D1和％的動(dòng)態(tài)阻抗和線路雜散電感。此后隨著二極管PN結(jié)電荷勢壘區(qū)的恢復(fù)，二極管恢復(fù)反向阻斷狀態(tài)，但由于線路雜散電感和二極管PN結(jié)等效電容的作用，電流呈現(xiàn)振蕩下降的趨勢。由于在圖1電路中直流側(cè)電壓很高[趙國鵬，劉進(jìn)軍.靜止無功發(fā)生器直流側(cè)電壓對(duì)無功補(bǔ)償特性的影響研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，44 ) :66-70.]，當(dāng)此種直通現(xiàn)象發(fā)生時(shí)沖擊電流會(huì)達(dá)到一個(gè)很大的值，從而產(chǎn)生很大的di/dt和du/dt，極易造成開關(guān)器件的誤動(dòng)作而導(dǎo)致器件損壞。在電流尖峰時(shí)刻前，電流流經(jīng)二極管D2。ti時(shí)刻A保持關(guān)閉，Q1打開，由于IGBT 開通時(shí)間極短，電流很快由D2轉(zhuǎn)移到A，此時(shí)D2由于反向恢復(fù)時(shí)間的關(guān)系仍然保持為開通狀態(tài)，直流側(cè)電壓經(jīng)雜散電感回到開通的A和( 上，形成很大的直流環(huán)路直通尖峰電流。t2 時(shí)刻，二極管正向?qū)ㄋ璧慕Y(jié)電荷在尖峰電流的作用下消耗完畢，勢壘區(qū)開始恢復(fù)，電流開始下降。由于結(jié)電容和雜散電感的關(guān)系，電流振蕩減小，直到二極管完全恢復(fù)阻斷狀態(tài)為止。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為解決逆變橋橋臂電路產(chǎn)生沖擊尖峰電流的危害，提供一種用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路，它可有效地降低功率器件開關(guān)過程中的沖擊尖峰電流、di/dt和du/dt，可防止開關(guān)器件出現(xiàn)誤觸發(fā)以有效保護(hù)功率器件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路，在每一相上均設(shè)有結(jié)構(gòu)相同的IGBT橋臂保護(hù)電路，該電路包括一對(duì)IGBT開關(guān)管Ql、Q2，每個(gè)IGBT開關(guān)管Ql、Q2反并聯(lián)一個(gè)二極管Dl、D2 ；在該橋臂輸入端與電感Ll連接；同時(shí)該橋臂輸出端分別與串聯(lián)的二極管D3、電容C以及串聯(lián)的電感L、電容Cl、電容C2并聯(lián)；二極管D3的陽極經(jīng)電阻R與電容Cl 一端連接。所述電感L取值小于電感Ll取值。所述電容C取值小于電容Cl、電容C2取值。所述電阻R取值應(yīng)保證電容Cl、電容C2兩端電壓U與電阻R確定的流經(jīng)電阻R的電流值小于IGBT 二極管的最大允許方向恢復(fù)電流。本實(shí)用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，可有效地降低功率器件開關(guān)過程中的沖擊尖峰電流、di/dt和du/dt，可防止器件出現(xiàn)誤觸發(fā)，能有效保護(hù)功率器件。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該橋臂保護(hù)電路的有效性和工作可靠性。

圖1為現(xiàn)有逆變單元等效電路圖；圖2為本實(shí)用新型中與一相連接的IGBT保護(hù)電路示意圖。
具體實(shí)施方式
下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。在圖1所示的三相四線開關(guān)電路中，每一相都可以單獨(dú)控制其開關(guān)過程和輸出電流，本實(shí)用新型提出的IGBT橋臂保護(hù)電路拓?fù)淙鐖D2所示。在原IGBT橋臂上并聯(lián)了 LCRD(電感、電容、電阻和二極管組成的)橋臂保護(hù)電路， 在取值上電感L遠(yuǎn)小于電感L1,電容C遠(yuǎn)小于電容C1和C2,電阻R的取值則需使得U/R小于IGBT 二極管的最大允許反向恢復(fù)電流。若原電流為A開通時(shí)電流流經(jīng)％，1)3保持關(guān)斷狀態(tài)，A上的電壓為零。當(dāng)仏關(guān)斷時(shí)，電流轉(zhuǎn)移到D1上，并經(jīng)D3對(duì)電容C進(jìn)行充電。此時(shí)由于沒有二極管處于反向恢復(fù)狀態(tài)， 因此在電路中不會(huì)出現(xiàn)明顯的橋臂直通現(xiàn)象，沒有大的沖擊電流出現(xiàn)，此種運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電路影響不大，可以忽略其造成的影響。若原電流為％開通時(shí)電流流經(jīng)D2, D3保持關(guān)斷狀態(tài)，％上的電壓為零。當(dāng)％關(guān)斷時(shí)，電流繼續(xù)流經(jīng)D2A2上的電壓仍為零。當(dāng)A開通時(shí)，電流由D2轉(zhuǎn)移到仏，此時(shí)橋臂處于短路狀態(tài)，電壓U直接加到電感L上，設(shè)電感L上的電壓為i，則有
權(quán)利要求1.一種用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路，其特征是，在每一相上均設(shè)有結(jié)構(gòu)相同的IGBT橋臂保護(hù)電路，該電路包括一對(duì)IGBT開關(guān)管Q1、Q2，每個(gè)IGBT開關(guān)管Ql、 Q2反并聯(lián)一個(gè)二極管D1、D2 ；在該橋臂輸入端與電感Ll連接；同時(shí)該橋臂輸出端分別與串聯(lián)的二極管D3、電容C以及串聯(lián)的電感L、電容Cl、電容C2并聯(lián)；二極管D3的陽極經(jīng)電阻R 與電容Cl 一端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路，其特征是，所述電感L取值小于電感Ll取值。
3.如權(quán)利要求1所述的用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路，其特征是，所述電容C取值小于電容Cl、電容C2取值。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于電流輸出型逆變器的三相四線橋保護(hù)電路，它可有效地降低功率器件開關(guān)過程中的沖擊尖峰電流、di/dt和du/dt，可防止開關(guān)器件出現(xiàn)誤觸發(fā)以有效保護(hù)功率器件。在每一相上均設(shè)有結(jié)構(gòu)相同的IGBT橋臂保護(hù)電路，該電路包括一對(duì)IGBT開關(guān)管Q1、Q2，每個(gè)IGBT開關(guān)管Q1、Q2反并聯(lián)一個(gè)二極管D1、D2；在該橋臂輸入端與電感L1連接；同時(shí)該橋臂輸出端分別與串聯(lián)的二極管D3、電容C以及串聯(lián)的電感L、電容C1、電容C2并聯(lián)；二極管D3的陽極經(jīng)電阻R與電容C1一端連接。
文檔編號(hào)H02M1/32GK201937462SQ201020628158
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者慕世友, 李慶民, 段玉兵, 毛慶波, 程艷, 趙鵬, 龔宇雷 申請(qǐng)人:山東電力研究院