摘 要：不間斷交流電源帶容性負(fù)載易出現(xiàn)斷電或損壞的故障，傳統(tǒng)過流保護(hù)措施并不能完全解決，依然存在隱患，為解決此故障，設(shè)計了一種新型過流保護(hù)措施[1]。

關(guān)鍵詞：不間斷交流電源；過流保護(hù)；SPWM

不間斷交流電源[1]正常是用于在有交流輸入時交流電供電，當(dāng)交流電斷開或者交流電不正常時用電池來供電。在電池饋電交流電供電時，開機(jī)后輸出接的容性負(fù)載太大，則負(fù)載的瞬間啟動電流就很大，電源檢測到峰值電流關(guān)斷后，輸出恢復(fù)時間太長，從而會導(dǎo)致輸出斷電故障。

1 故障分析

造成輸出斷電故障原因是在負(fù)載在開機(jī)瞬間，內(nèi)部的開關(guān)電源對濾波電容器充電會產(chǎn)生一個很大的浪涌電流，比系統(tǒng)正常工作電流大幾倍乃至幾十倍。因此電源會在負(fù)載上電瞬間出現(xiàn)斷電問題。采用加大電源的輸出功率余量和提高電源的過流保護(hù)措施可以解決這個問題。

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)框圖見圖1：

將主控芯片產(chǎn)生SPWM脈沖[2]作為電源的控制信號，經(jīng)功率驅(qū)動電路驅(qū)動和保護(hù)IGBT開關(guān)管，另外電流檢測電路檢測到過流信號，短時間關(guān)斷SPWM脈沖信號，一旦沒有過流信號，將立刻打開SPWM脈沖信號。

產(chǎn)生兩路帶死區(qū)的SPWM脈沖作為電源的控制信號，其幅值為3.3 V，經(jīng)功率驅(qū)動電路放大后驅(qū)動IGBT開關(guān)管，驅(qū)動波形很平滑不會有共態(tài)導(dǎo)通的風(fēng)險。當(dāng)主控芯片檢測到過流時快速關(guān)斷IGBT，起到保護(hù)IGBT的作用；當(dāng)無過流信號時，快速恢復(fù)控制信號，使得負(fù)載不會斷電。

電源的主開關(guān)器件IGBT遇到短路和過流時，若不加保護(hù)或者保護(hù)不當(dāng)，就會失效，其主要原因有：超過熱極限、發(fā)生擎住效應(yīng)和超過器件耐壓三種。為了避免這三種失效的發(fā)生，必須對驅(qū)動電路采取適當(dāng)?shù)拇胧?。通常采用的措施有軟關(guān)斷和降柵壓兩種。軟關(guān)斷是指過流和短路時，關(guān)斷IGBT；降柵壓是指在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍能維持導(dǎo)通，前者抗干擾能力差。一旦檢測到故障就關(guān)斷器件，很容易發(fā)生誤動作，因而為增加保護(hù)電路的抗干擾能力，往往在得到故障信號與啟動保護(hù)電路之間加一個固定延時，然而故障電流會在這固定延時內(nèi)急劇上升，從而大大增加了故障時器件的功率損耗，同時故障電流的增加，還會使器件故障關(guān)斷時的di/dt增大，它們之間的參數(shù)設(shè)計很難折中，因此軟關(guān)斷保護(hù)的驅(qū)動電路，在故障發(fā)生時，往往是保護(hù)電路啟動了，但器件仍然損壞。后者，抗干擾能力強(qiáng)。將柵壓后設(shè)定一個固定延時，若延時后故障信號依然存在，則關(guān)斷器件。故障電流在這一個延時內(nèi)將被限制在一個較小值。故障電流的限制，降低了故障時器件的功率損耗，延長了器件抗短路的時間，而且能夠降低器件關(guān)斷時的di/dt，對器件的保護(hù)十分有利，在延時中，若故障信號消失，驅(qū)動電路可自動恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了電路的抗干擾能力。從上述的分析可以看出，降柵壓是一種很好的IGBT故障保護(hù)方法，但在以往的降柵壓電路中，往往只考慮了柵壓與短路電流大小的關(guān)系，忽略了降柵壓的速度。在實際過程中發(fā)現(xiàn)，降柵壓的速度直接決定了故障電流下降的速率di/dt，控制di/dt，必須采用慢降柵壓技術(shù)，以通過限制降柵壓的速度來控制故障電流下降的速率di/dt，從而抑制器件的dv/dt和uc的峰值。

實現(xiàn)慢降柵壓的具體電路選用新型IGBT驅(qū)動集成芯片作為驅(qū)動電路，芯片采用自舉供電技術(shù)，驅(qū)動能力強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)快，具有電源欠壓及功率IGBT過流軟關(guān)斷功能，只需幾個外圍分立元件，就可直接驅(qū)動IGBT。模塊過流時，通過Vce飽和壓降檢測電路，采用兩步法軟關(guān)斷技術(shù)，有效抑制dv/dt，降低EMI。在系統(tǒng)中，兩個驅(qū)動電路之間通過SY-FLT和FAULT/SD引腳連接組成“局域網(wǎng)”。該引腳具有輸入輸出功能。一旦有某一路發(fā)生故障，驅(qū)動芯片的故障管理系統(tǒng)立即同步封鎖，同時向控制器送出報警信號。短路保護(hù)迅速有效，可大幅提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)下管發(fā)生過流時，即下管的Vce探測點電壓超過其7V門限值，SY-FLT由高變低，系統(tǒng)封鎖驅(qū)動輸出，啟動軟關(guān)斷過程，經(jīng)測量時間約9.6微秒，同時向單片機(jī)發(fā)出功率模塊短路故障報警。軟關(guān)斷結(jié)束后，SY-FLT恢復(fù)高電平，同時在該路SY-FLT由高變低的下降沿，與此相連的另一路驅(qū)動芯片同時封鎖輸出，能夠有效防止相間短路。另外驅(qū)動芯片有一個故障清除信號，當(dāng)無過流信號時，可通過單片機(jī)快速恢復(fù)控制信號，使得負(fù)載不會因為短時間保護(hù)而斷電。在帶大的容性負(fù)載時輸出電壓只是降低了一些，不會導(dǎo)致輸出斷電故障。

3 結(jié)論

本文提出的慢降柵壓技術(shù)和快速開關(guān)SPWM脈沖信號的方式對電源的主開關(guān)管進(jìn)行雙重保護(hù)，有效地抑制了不間斷交流電源帶容性負(fù)載易出現(xiàn)斷電或損壞的問題，解決了輸出斷電故障。我們研發(fā)的產(chǎn)品使用此設(shè)計提高了質(zhì)量，降低了維護(hù)成本，得到了用戶的好評。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王其英，何春華，著.UPS不間斷電源剖析與應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，1996.

[2]劉喜甫，王少軍，劉志忠，等.SPWM通信逆變電源的設(shè)計[J].電源世界，2006（5）：16-18.