逆變器保護(hù)電路設(shè)計

1、 安陽師范學(xué)院本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計報告逆變器保護(hù)電路設(shè)計 作 者 秦 文 系（院） 物理與電氣工程學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 年級 2008級專升本 學(xué) 號 081852080 指導(dǎo)教師 潘 三 博 日期 2010.06.02 成 績 第1頁學(xué)生承諾書本人鄭重承諾：所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得安陽師范學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均以在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名： 日期: 論文使用授權(quán)說明

2、本人完全了解安陽師范學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即:學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件,允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。簽名: 導(dǎo)師簽名: 日期: 逆變器保護(hù)電路設(shè)計秦文（安陽師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院，河南 安陽 455002）摘 要:本文針對SPWM逆變器工作中的安全性問題，闡述了如何利用電路實現(xiàn)保護(hù)復(fù)位和死區(qū)調(diào)節(jié)。在PWM三相逆變器中，由于開關(guān)管存在一定的開通和關(guān)斷時間，為防止同一橋臂上兩個開關(guān)器件的直通現(xiàn)象，控制信號中必須設(shè)定幾個微秒的死區(qū)時間。盡管死區(qū)時間非常短暫，引起的輸出電壓誤差較小，但由于開關(guān)頻率較高，死區(qū)引起

3、誤差的疊加值將會引起電機(jī)負(fù)載電流的波形畸變，使電磁力矩產(chǎn)生較大的脈動現(xiàn)象，從而使動靜態(tài)性能下降，降低了開關(guān)器件的實際應(yīng)用效果，但是卻對逆變器的安全運行意義重大。關(guān)鍵詞:保護(hù)電路；復(fù)位電路；死區(qū)調(diào)節(jié)1 引言 在現(xiàn)在的系統(tǒng)中電力器件的應(yīng)用也越來越廣而與此同時對器件的保護(hù)也被認(rèn)識了其重要性。電子器件很易被損壞，保護(hù)電路的要求也很苛刻。在工程應(yīng)用中，為了使SPWM逆變器安全地工作，需要有可靠的保護(hù)系統(tǒng)。一個功能完善的保護(hù)系統(tǒng)既要保證逆變器本身的安全運行，同時又要對負(fù)載提供可靠的保護(hù)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率器件如IGBT、MOSFET等廣泛應(yīng)用于PWM變流電路中。對于任何固態(tài)的功率開關(guān)器件來講，都

4、具有一定的固有開通和關(guān)斷時間，對于確定的開關(guān)器件，固有開通和關(guān)斷時間內(nèi)輸入的信號是不可控的，稱為開關(guān)死區(qū)時間，它引起開關(guān)死區(qū)效應(yīng)，簡稱為死區(qū)效應(yīng)。在電壓型PWM逆變電路中，為避免同一橋臂上的開關(guān)器件直通，必須插入死區(qū)時間，這勢必導(dǎo)致輸出電壓的誤差。該誤差是諧波的重要來源，它不但增加了系統(tǒng)的損耗，甚至還可能造成系統(tǒng)失穩(wěn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,逆變器主電路、控制電路發(fā)生了較大變化,其性能不斷改善,當(dāng)然,保護(hù)電路也應(yīng)隨之作相應(yīng)完善。逆變器保護(hù)電路主要包括過壓保護(hù)、過載(過流) 保護(hù)、過熱保護(hù)等幾個方面。本文僅就保護(hù)復(fù)位電路與死區(qū)控制電路與的實現(xiàn)進(jìn)行了分析和研究。2 保護(hù)電路設(shè)計較之電工產(chǎn)品，電力電

5、子器件承受過電壓、過電流的能力要弱得多，極短時間的過電壓和過電流就會導(dǎo)致器件永久性的損壞。因此電力電子電路中過電壓和過電流的保護(hù)裝置是必不可少的，有時還要采取多重的保護(hù)措施。2.1 死區(qū)控制電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 死區(qū)控制電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示，其主要功能是確保主電路中的開關(guān)管S1、S2不能同時導(dǎo)通。死區(qū)電路的波形圖如圖1所示，從圖中可以明顯地看出開關(guān)管S1和S2的驅(qū)動信號沒有使S1與 S2同時導(dǎo)通的重疊部分，這就是兩個主開關(guān)管之間存在所謂的“死區(qū)”。而通過改變HEF4528芯片的輸出信號脈寬，就可以調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的脈寬。（具體的方式是通過改變HEF4528芯片的外接RC電路的參數(shù)值實現(xiàn)的，如圖2所

6、示）如圖3所示Rt、Ct的值與輸出脈寬的關(guān)系在本文中，選擇電位器P2的阻值為10k,電容C237的容值為103pF，因此由圖3可知，輸出信號的脈寬大約為10s 。圖1 死區(qū)電路調(diào)節(jié)電路的波形圖2 死區(qū)調(diào)節(jié)控制電路的結(jié)構(gòu)圖3 Rt 、Ct的值與輸出脈寬的關(guān)系以逆變器的其中一個橋臂為例，進(jìn)行分析死區(qū)時間的影響。假設(shè)負(fù)載為感應(yīng)電機(jī)，如圖4所示。圖4 逆變器一相橋臂的死區(qū)效應(yīng)分析 在功率器件開通關(guān)斷時，逆變器輸出電壓由于死區(qū)的影響在電流極性不同時會表現(xiàn)出不同的形式。當(dāng)開通功率開關(guān)管(IGBT)VT2時，VT1必須關(guān)斷，如果開通速度比關(guān)斷速度快，將會在橋臂上產(chǎn)生直通電流而導(dǎo)致?lián)p壞器件，因此需要插入死區(qū)時

7、間。由于是感性負(fù)載，輸出電流i1通過續(xù)流二極管進(jìn)行續(xù)流，二極管的導(dǎo)通取決于電流I1的方向。當(dāng)I10時，有兩種工作狀態(tài)，正常工作狀態(tài)時，橋臂的上管VT 1開通，VT 2關(guān)斷，電流通過VT 1流向電機(jī)；而在死區(qū)時間內(nèi)，VT 1、VT 2都關(guān)斷，此時電流通過下管的續(xù)流二極管VD2完成續(xù)流，保持電流流向電機(jī)。當(dāng)I VREF，則MC3423 經(jīng)過延時TD 之后，即由“8”端輸出高電平(以下稱保護(hù)關(guān)斷電平)，去關(guān)斷SPWM調(diào)制器及逆變器主電路，并同時通過R4 和“5”端的閉環(huán)連接，實現(xiàn)自鎖，使保護(hù)狀態(tài)一直維持到人工恢復(fù)為止。過壓保護(hù)時“6”端為低電平，此時可點亮過壓指示燈。電容C2 是為了濾除干擾而設(shè)置的

8、延時電容,其作用是使MC3423 從輸入過壓信號到輸出“保護(hù)關(guān)斷電平”需要經(jīng)過一個延遲時間“TD”，這樣可以濾除脈寬很窄的干擾脈沖。當(dāng)然，與此同時真實的過壓保護(hù)信號持續(xù)時間T1 必須足夠長，保證T1TD，這樣才能實現(xiàn)可靠的保護(hù)關(guān)斷。R1、R2、R3用來調(diào)整過壓信號的衰減比例，以便調(diào)整過壓保護(hù)閥值。濾波網(wǎng)絡(luò)R0、C1以及電阻R1、R2、R3決定了濾波時間常數(shù)，因此它們的阻值和容值不能選得太大，否則會影響保護(hù)的動態(tài)響應(yīng)。若用這種電路進(jìn)行有效值過壓保護(hù)時，要用逆變器輸出電壓的有效值來校正過壓保護(hù)閥值。3 實驗結(jié)果分析圖12中所測波形為死區(qū)控制電路所測波形，死區(qū)時間為4us，圖13中所測波形為復(fù)位電路

9、所測波形，復(fù)位時間為1.5us，與理論分析結(jié)果完全一致。圖12 死區(qū)控制電路波形圖13 復(fù)位電路波形4 總結(jié)在本次畢業(yè)設(shè)計中，通過對逆變器保護(hù)電路設(shè)計，使我對保護(hù)電路的工作原理，功能有了進(jìn)一步的了解，并對保護(hù)電路原理有了新的認(rèn)識。在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是下手很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設(shè)計出來，是很難的一件事，主要原因是沒有經(jīng)常動手設(shè)計電路。另外，看外文資料的能力不行，而且很多元器件的使用弄清楚，現(xiàn)在要用到的時候不得不花大量的時間去查閱各種資料，因此整個過程時間安排不合理。由于設(shè)計的計劃沒有安排好，設(shè)計的時間極為倉促，尤其是在硬件調(diào)試的過程中出現(xiàn)了

10、很大的問題。另外資料的查找也是一大難題，這就要求我在今后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這些問題。致謝我這次做逆變器保護(hù)電路設(shè)計，有關(guān)設(shè)計的很多細(xì)節(jié)問題也都多虧潘三博老師的悉心指導(dǎo)。尤其是在寫論文時我遇到了很多問題，潘老師提供了大量寶貴的意見和指導(dǎo)，付出了大量的勞動，他的熱情和耐心深深的打動了我。他不但教會我很多的專業(yè)知識，而且在精神上鼓勵我。不拋棄，也不放棄。正是在他的影響下，我克服了很多困難，才得以逐步成設(shè)計。在此，我向潘老師表示衷心的感謝！另外還有我班的同學(xué)在本畢業(yè)設(shè)計中也提供了大量的幫助，在此一并表示深深的謝意。時間如白駒過隙，大學(xué)生活即將結(jié)束，我們就要走上工作崗位。在此，再一次向在大學(xué)期間給予我

11、無私關(guān)心和幫助的老師們表示感謝，祝福老師們身體健康，家庭幸福，工作順利！祝福我的同學(xué)們都能夠事業(yè)有成！參考文獻(xiàn)1張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社，2006.2關(guān)振源，張敏.隔離單端反激式開關(guān)電源設(shè)計M.上海：同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院，1999.3王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.4曲學(xué)基，王曾福.穩(wěn)壓電源實用電路選編M.北京：電子工業(yè)出版社，1999.5楊蔭福，段善旭.朝澤云 電力電子裝置及系統(tǒng)M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.6李序葆，趙永健.電力電子器件及其應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.7阮毅，陳維鈞.運動控制系統(tǒng)M.北京:清華

12、大學(xué)出版社,2006.Design of Inverter Protection CircuitQin Wen（School of Physics and Electrical Engineering, Anyang Normal University, Anyang, Henan 455002）Abstract: Based on SPWM inverter of work safety problems and expounds how to use circuit protection and dead zone. In the PWM three-phase inverter, due

13、 to the existence of certain switch opening and closing time, to prevent the same bridge arm two switching device, control signals through a few microseconds death must be set time zone. Although very short time of dead zone, the output voltage error caused by small, but due to the high frequency switching and dead zone of superposition cause errors will cause electrical load current waveform distortion, make the electromagnetic torque pulsation of the larger pheno