逆变器过流保护

逆变器过流保护合肥工业大学电气与自动化工程学院2011－12逆变器过流的机理当逆变器工作时，应该充分考虑到器件所能处理的电流能力。并防止过电流现象产生。出现过流的原因：（1）负载阻抗太小；（2）桥臂短路直通。三相交流电源M~UVW直通过流负载过流防直通保护•直通在桥式电路中是致命的，产生直通原因：•（1）软件故障，在某些不确定的区域，程序非法的更改了寄存器，确保驱动信号是互补的，并插入一定的死区时间。•（2）电磁干扰有可能会造成错误的触发信号，从而导致桥臂的直通；•（3）冒险竞争可能会导致直通。•防直通措施：•（1）确保驱动信号是互补的，并插入一定的死区时间，程序中不能出现BUG。•（2）驱动信号互锁机制；•（3）某些芯片具有防直通保护功能，例如M57962。•（4）驱动部分尽可能小，以减少电磁干扰。M57962防直通机理M57962Lisahybridintegratedcircuitdesignedfordrivingn-channelIGBTmodulesinanygateamplifierapplication.Thisdeviceoperatesasanisolationamplifierforthesemodulesandprovidestherequiredelectricalisolationbetweentheinputandoutputwithanopto-coupler.Shortcircuitprotectionisprovidedbyabuiltindesaturationdetector.Afaultsignalisprovidediftheshortcircuitprotectionisactivated•理解M57962的直通保护机制关键在于理解二极管D1的作用。•（1）当没有驱动信号时，D1是反偏的。•（2）当IGBT导通时，D1是正偏的，1脚的电压将被拉低，•（3）当驱动信号控制导通，若发生直通时，IGBT的导通压降此时很高，D1反偏。直流分量在交流电路的致命之处•在交流电路中若耦合了直流分量这对整个系统是致命的。•（1）电路中的电感参数将失效，而电感本身的寄生电阻可能只有几个毫欧，这必将迅速的烧毁IGBT。逆变器反电势负载软件保护•软件保护是通过采样实现的，当采样的电流超过设定值时，返回一个过流变量，并完成相应的操作。例如：if((Ia=I_lim)||(Ia=-1*I_lim)||(Ib=I_lim)||(Ib=-1*I_lim)||((Ia+Ib)=I_lim)||((Ia+Ib)=-1*I_lim)){OC_SOFT_F=1;//判断电流是否过流，若过流置位软件过流标志变量//进行其他操作，例如将PWM通道设置为无效电平等}软件保护的作用时间是间隔的，只有在每个采样周期才检测一次，因此还必须要结合硬件保护电路。-15VR15100121314U1DLM224R14NONER12NONER1110kAGNDC2102AGNDC1104T1AN1150R13567U1BLM224R1610KR222K+5V+15V-15VR1910KR1710KR2310K+5VR1850R2450R2510KR2910KR3110KAGNDR282K+5VR3050A1B2Y3VCC14GND7U6ASN74ALS32DPOLO11234A1+15V-15VT1L1T1Y1T1H1+15V-15VT1F1FAULT1T1T11122JA1HR1LR1+15V-15V+5VAGND高电平有效11456123U2ALM31911691078U2BLM319AM11456123U3ALM319AGND321411U1ALM224R9100AGNDR41001098U1CLM224R101kG11kAGNDR8100AGNDAGNDR7100AN1+15V-15V+15VR6100R5100+3.3VR320kR20R21R27R26AGND硬件保护R1610KR222K+5V+15V-15VR1910KR1710KR2310K+5VR1850R2450R2510KA1B2Y3VCC14GND7U6ASN74ALS32DT1L1T1H1+15V-15VT1F1FAULT1HR1LR1+15V-15V+5VAGND11456123U2ALM31911691078U2BLM319AMAGNDAGNDR20R21R27R26来自电流采样的模拟信号电流正向保护设定电流反向保护设定或门，输出信号送至DSP的FAULTx（x＝0，1，2，3）高电平有效应用DSP的相关资源实现硬件保护•DSP的与过流保护相关的软硬件资源主要包括（1）FAULT0－3引脚；（2）DISMAP（故障映射寄存器）寄存器；（3）PMFCTL（故障控制）寄存器;（4）FLTACK（故障应答）寄存器；（5）FAULT中断。•利用FAULT信号进行保护，有两种工作模式（1）通过配置DISMAP寄存器通过硬件直接封锁PWM输出；（2）配置PMFCTL寄存器后，进入中断服务子程序。这两种模式是相互独立的，可以独立配置。•一般情形，当电流超过保护设定值时，操作时序如下：•第一步：硬件封锁PWM输出(一旦设置DISMAP寄存器，这一步自动完成)，使通道处于无效电平状态，快速关断IGBT。但是这种工作模式下，当关断IGBT以后电流将下降，很快就会退出PWM通道封锁状态。•第二步：在两个PWM时钟周期后，FLTACK（故障应答）寄存器的FAULTnPinFlag为将被置1，向DSP的核提出中断请求。若PMFCTL（故障控制）寄存器的FIE位被配置，且在INTC寄存器中相应位也被配置，且优先级也被设置，即可进入中断服务子程序，在中断服务子程序中即可完成更进一步的操作。•保护设定值的计算•根据所选用的IGBT确定保护电流值，例如15A的IGBT，电流硬件保护值可以设定为8A－10A。•根据电流传感器和通道增益，计算出电流保护设定值。电流传感器增益为50A/16V,通道增益近似为1，因此保护设定值应为8/50*16=2.5V,所以正向电流保护设定值为2.5V，反向电流保护设定值为－2.5V。•DSP的每个PWM单元有四个FAULT引脚（外部故障），可以在PWM的DISMAP寄存器中设置如何用FAULT引脚上的信号封锁PWM输出。•例如，我们希望用Fault0去封锁PWM0－PWM5，使PWM通道全部处于无效电平状态，因此可以将DISMAP1和DISMAP2寄存器分别配置为0x1111和0x0011。•Fault信号除了可以用于封锁PWM输出外，还可以向DSP提出中断请求，当对PMFCTL寄存器的1、3、5、7配置以后，即可使能相应的FAULT中断。问题：继电器开关动作、IGBT导通和关断时都会不可避免的引入一个几十ns的干扰，干扰信号的幅值可能会高于2V（DSP输入高电平的最低值，解释为1），从而错误的进入FAULT中断。解决方法：在Fault中断里面加入几条空指令，约170ns左右，强制这段时间不做任何处理，之后再去读取FACK寄存器的引脚位FPIN0和FPIN1，如果Fault信号引脚上的电平仍然为高，则说明是真实的保护信号。立即停止发波，如下图所示。FAULT信号误触发及其处理过流保护点