逆变器保护电路设计要点

1、 安阳师范学院本科学生毕业设计报告逆变器保护电路设计 作 者 秦 文 系（院） 物理与电气工程学院 专业 电气工程及其自动化 年级 2008级专升本 学 号 081852080 指导教师 潘 三 博 日期 2 成 绩 学生承诺书本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 日期: 论文使用授权说明本人完全了解安阳师范学院

2、有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。签名: 导师签名: 日期: 逆变器保护电路设计秦文（安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455002）摘 要:本文针对SPWM逆变器工作中的安全性问题，阐述了如何利用电路实现保护复位和死区调节。在PWM三相逆变器中，由于开关管存在一定的开通和关断时间，为防止同一桥臂上两个开关器件的直通现象，控制信号中必须设定几个微秒的死区时间。尽管死区时间非常短暂，引起的输出电压误差较小，但由于开关频率较高，死区引起误差的叠加值将会引起电机

3、负载电流的波形畸变，使电磁力矩产生较大的脉动现象，从而使动静态性能下降，降低了开关器件的实际应用效果，但是却对逆变器的安全运行意义重大。关键词:保护电路；复位电路；死区调节1 引言 在现在的系统中电力器件的应用也越来越广而与此同时对器件的保护也被认识了其重要性。电子器件很易被损坏，保护电路的要求也很苛刻。在工程应用中，为了使SPWM逆变器安全地工作，需要有可靠的保护系统。一个功能完善的保护系统既要保证逆变器本身的安全运行，同时又要对负载提供可靠的保护。随着电力电子技术的发展，功率器件如IGBT、MOSFET等广泛应用于PWM变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断

4、时间，对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应。在电压型PWM逆变电路中，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源，它不但增加了系统的损耗，甚至还可能造成系统失稳。随着电力电子技术的发展,逆变器主电路、控制电路发生了较大变化,其性能不断改善,当然,保护电路也应随之作相应完善。逆变器保护电路主要包括过压保护、过载(过流) 保护、过热保护等几个方面。本文仅就保护复位电路与死区控制电路与的实现进行了分析和研究。2 保护电路设计较之电工产品，电力电子器件承受过电压、过电流

5、的能力要弱得多，极短时间的过电压和过电流就会导致器件永久性的损坏。因此电力电子电路中过电压和过电流的保护装置是必不可少的，有时还要采取多重的保护措施。2.1 死区控制电路的结构设计 死区控制电路的电路拓扑结构如图所示，其主要功能是确保主电路中的开关管S1、S2不能同时导通。死区电路的波形图如图1所示，从图中可以明显地看出开关管S1和S2的驱动信号没有使S1与 S2同时导通的重叠部分，这就是两个主开关管之间存在所谓的“死区”。而通过改变HEF4528芯片的输出信号脉宽，就可以调节驱动信号的脉宽。（具体的方式是通过改变HEF4528芯片的外接RC电路的参数值实现的，如图2所示）如图3所示Rt、Ct

6、的值与输出脉宽的关系在本文中，选择电位器P2的阻值为10k,电容C237的容值为103pF，因此由图3可知，输出信号的脉宽大约为10s 。图1 死区电路调节电路的波形图2 死区调节控制电路的结构图3 Rt 、Ct的值与输出脉宽的关系以逆变器的其中一个桥臂为例，进行分析死区时间的影响。假设负载为感应电机，如图4所示。图4 逆变器一相桥臂的死区效应分析 在功率器件开通关断时，逆变器输出电压由于死区的影响在电流极性不同时会表现出不同的形式。当开通功率开关管(IGBT)VT2时，VT1必须关断，如果开通速度比关断速度快，将会在桥臂上产生直通电流而导致损坏器件，因此需要插入死区时间。由于是感性负载，输出

7、电流i1通过续流二极管进行续流，二极管的导通取决于电流I1的方向。当I10时，有两种工作状态，正常工作状态时，桥臂的上管VT 1开通，VT 2关断，电流通过VT 1流向电机；而在死区时间内，VT 1、VT 2都关断，此时电流通过下管的续流二极管VD2完成续流，保持电流流向电机。当I VREF，则MC3423 经过延时TD 之后，即由“8”端输出高电平(以下称保护关断电平)，去关断SPWM调制器及逆变器主电路，并同时通过R4 和“5”端的闭环连接，实现自锁，使保护状态一直维持到人工恢复为止。过压保护时“6”端为低电平，此时可点亮过压指示灯。电容C2 是为了滤除干扰而设置的延时电容,其作用是使MC

8、3423 从输入过压信号到输出“保护关断电平”需要经过一个延迟时间“TD”，这样可以滤除脉宽很窄的干扰脉冲。当然，与此同时真实的过压保护信号持续时间T1 必须足够长，保证T1TD，这样才能实现可靠的保护关断。R1、R2、R3用来调整过压信号的衰减比例，以便调整过压保护阀值。滤波网络R0、C1以及电阻R1、R2、R3决定了滤波时间常数，因此它们的阻值和容值不能选得太大，否则会影响保护的动态响应。若用这种电路进行有效值过压保护时，要用逆变器输出电压的有效值来校正过压保护阀值。3 实验结果分析图12中所测波形为死区控制电路所测波形，死区时间为4us，图13中所测波形为复位电路所测波形，复位时间为1.

9、5us，与理论分析结果完全一致。图12 死区控制电路波形图13 复位电路波形4 总结在本次毕业设计中，通过对逆变器保护电路设计，使我对保护电路的工作原理，功能有了进一步的了解，并对保护电路原理有了新的认识。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是下手很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是没有经常动手设计电路。另外，看外文资料的能力不行，而且很多元器件的使用弄清楚，现在要用到的时候不得不花大量的时间去查阅各种资料，因此整个过程时间安排不合理。由于设计的计划没有安排好，设计的时间极为仓促，尤其是在硬件调试的过程中出现了很大的问题。另外资料的查

10、找也是一大难题，这就要求我在今后的学习中，应该注意到这些问题。致谢我这次做逆变器保护电路设计，有关设计的很多细节问题也都多亏潘三博老师的悉心指导。尤其是在写论文时我遇到了很多问题，潘老师提供了大量宝贵的意见和指导，付出了大量的劳动，他的热情和耐心深深的打动了我。他不但教会我很多的专业知识，而且在精神上鼓励我。不抛弃，也不放弃。正是在他的影响下，我克服了很多困难，才得以逐步成设计。在此，我向潘老师表示衷心的感谢！另外还有我班的同学在本毕业设计中也提供了大量的帮助，在此一并表示深深的谢意。时间如白驹过隙，大学生活即将结束，我们就要走上工作岗位。在此，再一次向在大学期间给予我无私关心和帮助的老师们表

11、示感谢，祝福老师们身体健康，家庭幸福，工作顺利！祝福我的同学们都能够事业有成！参考文献1张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计M.北京：电子工业出版社，2006.2关振源，张敏.隔离单端反激式开关电源设计M.上海：同济大学中德学院，1999.3王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社, 2000.4曲学基，王曾福.稳压电源实用电路选编M.北京：电子工业出版社，1999.5杨荫福，段善旭.朝泽云 电力电子装置及系统M.北京：清华大学出版社，2006.6李序葆，赵永健.电力电子器件及其应用M.北京：机械工业出版社，1996.7阮毅，陈维钧.运动控制系统M.北京:清华大学出版社,2006.D

12、esign 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 to the exis

13、tence 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 ph