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电流检测与保护电路

3.1 电流传感器检测的过流保护电路

变频器驱动的负载―电动机不同于其它负载(如电热炉、电解、电镀等)，它是将电能转换为机械能的装置，既有电气行为又**械旋转运动，电机启动带来的电气和机械冲击问题历来是工程师们关注的焦点，无论是电气绝缘破损还是机械故障都可能使变频器因过电流而损坏，过电流故障从来就是变频器较常见的故障，也是损坏变频器较主要的原因。那么变频器过电流的原因是什么呢？其实，输出短路、电机绕组破损、机械负载堵转、电机加速过快、逆变主开关器件失效、干扰造成的误导通(即直通)等都能导致变频器过电流。

过流保护较简单的方法是熔断器保护法，但这种保护动作慢，不足以实现快速保护，尤其是不能直接保护IGBT、MOSFET等熔通达时间小的高性能器件。

图8所示的检测电路中，有一些能检测各种过流信号，经处理后可送到IC控制芯片的保护端(Shot Down or Close)，或直接封锁开关管的驱动脉冲，如图8(b)所示。

图8 过流保护电路

图8中的过流保护都是可以自恢复的，也就是说，当过流现象消失后，也就不再保护。在实际电路中，过流一般都是不正常现象，或者说是故障。所以，过流保护应该是不可以自恢复的，需要停电排除故障后人工恢复逆变电路的工作。这种不可以自恢复的电路可以用反馈自锁或者用可控硅电路实现，如图9所示。

图9 不可恢复的过流保护电路

3.2 开关管过流状态自识别保护

我们知道，开关管的导通压降是和导通电流有关的，当开关管过流时，其导通压降会明显上升。因此，我们可以通过检测开关管的导通压降，与正常值比较，并与截止状态相区别，从而识别出开关管的过流状态，以GTO为例，实际电路如图10所示。

图10 GTO门较驱动和过流状态自识别保护电路

图10中，要开通GTO时，○A 点电位由低变高， 0 点出现一个正脉冲，T4导通，○D 点变低，○E 点变高，○F 点变低，T5截止，T6导通，GTO导通。GTO导通后，○D 点保持低电平。当发生过流时，○D 点变高，当**○E 点时(设置的过流点)，○F 变高，T5导通，T6截止，T7导通，GTO关断，实现过流保护。

在许多开关管驱动芯片或厚膜电路中都设置了这一项功能。例如，EXB841型IGBT厚膜驱动电路中，6号端就是通过二极管D来识别IGBT开关管过流状态并通过保护电路来保护的。而且，这种保护电路还可以实现软关断功能。

3.3 变频器实用电流检测及过流保护电路举例

如图11所示为日本Fuji公司设计的变频器常用的电流检测及过流保护电路。其设计思路和原理如下。

图11 变频器常用的电流检测及过流保护电路

基于线性光耦的电压检测与保护电路

图12所示为常用的基于线性光耦的电压检测与保护电路，它具有直流电压实时检测、直流过压保护、欠压保护及制动单元启停等功能，并为控制电路和显示电路提供信号。直流侧电压采用电阻进行分压降压，经过线性光耦TLP559后分压变为弱电电压信号。然后经逻辑比较和线性运算电路处理输出与上述四种功能对应的信号。

(a) 直流电压检测电路

直流电压经R501和R502分压转变弱电信号，经线性光耦TLP559变换和隔离后再通过R186调节，送入电压跟随器，以增强带载能力。电路由IC120，IC121A，IC121B，IC121C及电阻组成。

由于直流侧电压很高，测量范围上限一般定为850V，若测量范围定为0~850V，因受A/D转换器位数的限制，则测量和显示分辨率低，影响控制和显示精度。考虑到变频器在正常工作时，其直流侧电压总是大于500V，因此可在电路中增设减法电路，将测量下限值提高到500V，这样就将测量范围缩为0~350V。该减法电路由IC121C及电阻组成，使得UD=500V时，UN=0V。N点电压用于控制及显示。