专利名称：用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路。
背景技术：
电流输出型逆变器与一般电压源型逆变器的主要区别是直流侧工作电压特别高， 逆变桥输出经电感接交流电压源。典型的电流输出型逆变器包括有源电力滤波器、静止无功发生器和光伏逆变器等，为保证输出电流的良好跟踪特性，其工作电压至少为两倍的交流相电压峰值(赵国鹏，刘进军.静止无功发生器直流侧电压对无功补偿特性的影响研究 [J].西安交通大学学报，2010，44 ) :66-70.)。在无保护电路时，逆变桥上下桥臂换流时， 由于二极管存在反向恢复时间，桥臂在一定时间内会处于上下直通状态。若此时直流侧电压较高，则将产生很大的瞬时直通电流，进而产生极大的电流变化率和电压变化率，容易导致开关器件的误触发或烧毁。虽然有些在工业中应用的电压输出型逆变器也存在桥臂直通问题，但由于直流侧电压较低，产生的直通冲击电流较小，危害性较低而不被人们重视。文献(马俊兴，孙汉卿.IGBT短路保护的驱动电路的设计[J].通信技术，2009， 42(11) :235-237.；胡宇，吕征宇.IGBT驱动保护电路的设计与测试[J].机电工程，2008， 25(7) :58-60,71.；邱进，陈轩恕，刘飞，等.基于有源电力滤波器的IGBT驱动及保护研究 [J].通信电源技术，2008，25 (5) :4-6.)提出了基于IGBT驱动电路的保护方案，通过检测过电流的大小决定是否关闭IGBT驱动电路，但这类方法没考虑逆变电路正常工作时由续流二极管、另一桥臂开关管和直流侧电压引起的直通过电流，易造成逆变电路不能正常工作。有些保护电路还通过在开关管两侧并联高频电容以降低开关损耗和过电压，反而更增加了二极管反向恢复时的过电流峰值。文献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]提出了一种用于集成门极换流晶闸管(IGCT)的保护电路，但并未将其用于带有反并联二极管的IGBT保护中。首先基于工作原理和实验波形，分析功率器件的动态开关特性，以及由器件开关特性引起的直通现象而产生电流尖峰的原因。通过分析发现，完全消除电流尖峰是不可能的，只能采取必要措施以降低电流尖峰的幅值并将其限制在开关器件可以承受的合理范围内。1逆变电路产生瞬时电流尖峰的机理分析典型的电流输出型三相四线逆变器的等效电路如图1所示，具有典型的半桥拓扑结构。图1中，Q1和Q2为IGBT开关管，D1和D2为Q1和Q2反并联二极管。在图1中，以由D1和D2以及％和％组成的桥臂为例，当桥臂的两个开关管都没有驱动信号时，假定此时电流流经D1，则当％开通时，电流从D1转移到Q2,当D1电流降到零时，电感电流已全部转移到Q2。由于二极管D1反向恢复时间的存在，此时D1处于反向导通状态，直流侧电压直接加到D1和％上。由于D1和％的动态阻抗很低，直流侧电压在D1和Q2上产生很大的直通电流，唯一限制直通电流的是D1和％的动态阻抗和线路杂散电感。此后随着二极管PN结电荷势垒区的恢复，二极管恢复反向阻断状态，但由于线路杂散电感和二极管PN结等效电容的作用，电流呈现振荡下降的趋势。由于在图1电路中直流侧电压很高[赵国鹏，刘进军.静止无功发生器直流侧电压对无功补偿特性的影响研究[J].西安交通大学学报，2010，44 ) :66-70.]，当此种直通现象发生时冲击电流会达到一个很大的值，从而产生很大的di/dt和du/dt，极易造成开关器件的误动作而导致器件损坏。在电流尖峰时刻前，电流流经二极管D2。ti时刻A保持关闭，Q1打开，由于IGBT 开通时间极短，电流很快由D2转移到A，此时D2由于反向恢复时间的关系仍然保持为开通状态，直流侧电压经杂散电感回到开通的A和( 上，形成很大的直流环路直通尖峰电流。t2 时刻，二极管正向导通所需的结电荷在尖峰电流的作用下消耗完毕，势垒区开始恢复，电流开始下降。由于结电容和杂散电感的关系，电流振荡减小，直到二极管完全恢复阻断状态为止。
实用新型内容本实用新型的目的就是为解决逆变桥桥臂电路产生冲击尖峰电流的危害，提供一种用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路，它可有效地降低功率器件开关过程中的冲击尖峰电流、di/dt和du/dt，可防止开关器件出现误触发以有效保护功率器件。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路，在每一相上均设有结构相同的IGBT桥臂保护电路，该电路包括一对IGBT开关管Ql、Q2，每个IGBT开关管Ql、Q2反并联一个二极管Dl、D2 ；在该桥臂输入端与电感Ll连接；同时该桥臂输出端分别与串联的二极管D3、电容C以及串联的电感L、电容Cl、电容C2并联；二极管D3的阳极经电阻R与电容Cl 一端连接。所述电感L取值小于电感Ll取值。所述电容C取值小于电容Cl、电容C2取值。所述电阻R取值应保证电容Cl、电容C2两端电压U与电阻R确定的流经电阻R的电流值小于IGBT 二极管的最大允许方向恢复电流。本实用新型的有益效果是结构简单，可有效地降低功率器件开关过程中的冲击尖峰电流、di/dt和du/dt，可防止器件出现误触发，能有效保护功率器件。大量的实验结果证明了该桥臂保护电路的有效性和工作可靠性。
图1为现有逆变单元等效电路图；图2为本实用新型中与一相连接的IGBT保护电路示意图。
具体实施方式
下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。在图1所示的三相四线开关电路中，每一相都可以单独控制其开关过程和输出电流，本实用新型提出的IGBT桥臂保护电路拓扑如图2所示。在原IGBT桥臂上并联了 LCRD(电感、电容、电阻和二极管组成的)桥臂保护电路， 在取值上电感L远小于电感L1,电容C远小于电容C1和C2,电阻R的取值则需使得U/R小于IGBT 二极管的最大允许反向恢复电流。若原电流为A开通时电流流经％，1)3保持关断状态，A上的电压为零。当仏关断时，电流转移到D1上，并经D3对电容C进行充电。此时由于没有二极管处于反向恢复状态， 因此在电路中不会出现明显的桥臂直通现象，没有大的冲击电流出现，此种运行状态对电路影响不大，可以忽略其造成的影响。若原电流为％开通时电流流经D2, D3保持关断状态，％上的电压为零。当％关断时，电流继续流经D2A2上的电压仍为零。当A开通时，电流由D2转移到仏，此时桥臂处于短路状态，电压U直接加到电感L上，设电感L上的电压为i，则有
权利要求1.一种用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路，其特征是，在每一相上均设有结构相同的IGBT桥臂保护电路，该电路包括一对IGBT开关管Q1、Q2，每个IGBT开关管Ql、 Q2反并联一个二极管D1、D2 ；在该桥臂输入端与电感Ll连接；同时该桥臂输出端分别与串联的二极管D3、电容C以及串联的电感L、电容Cl、电容C2并联；二极管D3的阳极经电阻R 与电容Cl 一端连接。
2.如权利要求1所述的用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路，其特征是，所述电感L取值小于电感Ll取值。
3.如权利要求1所述的用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路，其特征是，所述电容C取值小于电容Cl、电容C2取值。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电流输出型逆变器的三相四线桥保护电路，它可有效地降低功率器件开关过程中的冲击尖峰电流、di/dt和du/dt，可防止开关器件出现误触发以有效保护功率器件。在每一相上均设有结构相同的IGBT桥臂保护电路，该电路包括一对IGBT开关管Q1、Q2，每个IGBT开关管Q1、Q2反并联一个二极管D1、D2；在该桥臂输入端与电感L1连接；同时该桥臂输出端分别与串联的二极管D3、电容C以及串联的电感L、电容C1、电容C2并联；二极管D3的阳极经电阻R与电容C1一端连接。
文档编号H02M1/32GK201937462SQ201020628158
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者慕世友, 李庆民, 段玉兵, 毛庆波, 程艳, 赵鹏, 龚宇雷 申请人:山东电力研究院