1、逆变器过流保护合肥工业大学 电气与自动化工程学院201112逆变器过流的机理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：止过电流现象产生。出现过流的原因：（1）负载阻抗太小；）负载阻抗太小；（2）桥臂短路直通。）桥臂短路直通。直通过流负载过流防直通保护防直通保护 直通在桥式电路中是致命的，产生直通原因：直通在桥式电路中是致命的，产生直通原因：（1 1）软件故障，在某些不确定的区域，程序非法的更改了寄存）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
2、的，并插入一定的死区时间。器，确保驱动信号是互补的，并插入一定的死区时间。（2 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）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；直通；（3 3）冒险竞争可能会导致直通。）冒险竞争可能会导致直通。防直通措施：防直通措施：（1 1）确保驱动信号是互补的，并插入一定的死区时间，程序中）确保驱动信号是互补的，并插入一定的死区时间，程序中不能出现不能出现BUGBUG。（2 2）驱动信号互锁机制；）驱动信号互锁机制；（3 3）某些芯片具有防直通保护功能，例如）某些芯片具有防直通保护功能，例如M57962M57962。（4 4）驱动部分尽可能小
3、，以减少电磁干扰。）驱动部分尽可能小，以减少电磁干扰。M57962M57962防直通机理防直通机理M57962L is a hybrid integrated circuit designed for driving n-channel IGBT modules in any gate amplifier application.This device operates as an isolation amplifier for these modules and provides the required electrical isolation between the input and
4、output with an opto-coupler.Short circuit protection is provided by a built in desaturation detector.A fault signal is provided if the short circuit protection is activated 理解理解M57962M57962的直通保护机制关键在于理解二极管的直通保护机制关键在于理解二极管D1D1的作用。的作用。（1 1）当没有驱动信号时，）当没有驱动信号时，D1D1是反偏的。是反偏的。（2 2）当）当IGBTIGBT导通时，导通时，D1D1是
5、正偏的，是正偏的，1 1脚的电压将被拉低，脚的电压将被拉低，（3 3）当驱动信号控制导通，若发生直通时，）当驱动信号控制导通，若发生直通时，IGBTIGBT的导通压降此的导通压降此时很高，时很高，D1D1反偏。反偏。直流分量在交流电路的致命之处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。软件保护软件保护 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：一个过流变量，
6、并完成相应的操作。例如：if(Ia=I_lim)|(Ia=I_lim)|(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，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。因此还必须要结合硬件保护电路。硬件保护硬件保护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（x0，1，2，3）高电平有效应用应用DSPDSP的相关资源实现硬
7、件保护的相关资源实现硬件保护DSPDSP的与过流保护相关的软硬件资源主要包括的与过流保护相关的软硬件资源主要包括（1 1）FAULT0FAULT03 3引脚；（引脚；（2 2）DISMAPDISMAP（故障映射寄存器）寄存器；（故障映射寄存器）寄存器；（3 3）PMFCTLPMFCTL（故障控制）寄存器（故障控制）寄存器;（4 4）FLTACKFLTACK（故障应答）寄存器；（故障应答）寄存器；（5 5）FAULTFAULT中断中断。利用利用FAULTFAULT信号进行保护，有两种工作模式（信号进行保护，有两种工作模式（1 1）通过配置）通过配置DISMAPDISMAP寄存器通过寄存器通过硬件
8、直接封锁硬件直接封锁PWMPWM输出；（输出；（2 2）配置）配置PMFCTLPMFCTL寄存器后，进入中断服务子程序。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。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：一般情形，当电流超过保护设定值时，操作时序如下：第一步：硬件封锁第一步：硬件封锁PWMPWM输出输出(一旦设置一旦设置DISMAPDISMAP寄存器，这一步自动完成寄存器，这一步自动完成)，使通，使通道处于无效电平状态，快速关断道处于无效电平状态，快速关断IGBTIGBT。但是这种工作模式下，当关断。但是这种工作模式下，当关
9、断IGBTIGBT以以后电流将下降，很快就会退出后电流将下降，很快就会退出PWMPWM通道封锁状态。通道封锁状态。第二步：在两个第二步：在两个PWMPWM时钟周期后，时钟周期后，FLTACKFLTACK（故障应答）寄存器的（故障应答）寄存器的FAULTnFAULTn Pin Pin Flag Flag 为将被置为将被置1 1，向，向DSPDSP的核提出中断请求。若的核提出中断请求。若PMFCTLPMFCTL（故障控制）寄存器的（故障控制）寄存器的FIEFIE位被配置，且在位被配置，且在INTCINTC寄存器中相应位也被配置，且优先级也被设置，即可寄存器中相应位也被配置，且优先级也被设置，即可进
10、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。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 根据所选用的根据所选用的IGBTIGBT确定保护电流值，例如确定保护电流值，例如15A15A的的IGBTIGBT，电流硬件，电流硬件保护值可以设定为保护值可以设定为8A8A10A10A。根据电流传感器和通道增益，计算出电流保护设定值。根据电流传感器和通道增益，计算出电流保护设定值。电流传感器增益为电流传感器增益为50A/16V,50A/16V,通道增益近似为通道增益近似为1 1，因此保护设定值应，因此保护设定值应为为8/508/50*16=2.5V,16=
11、2.5V,所以正向电流保护设定值为所以正向电流保护设定值为2.5V2.5V，反向电流保，反向电流保护设定值为护设定值为2.5V2.5V。DSPDSP的每个的每个PWMPWM单元有四个单元有四个FAULTFAULT引脚（外部故障），可以在引脚（外部故障），可以在PWMPWM的的DISMAPDISMAP寄存器中设置如何用寄存器中设置如何用FAULTFAULT引脚上的信号封锁引脚上的信号封锁PWMPWM输出。输出。例如，我们希望用例如，我们希望用Fault0Fault0去封锁去封锁PWM0PWM0PWM5PWM5，使，使PWMPWM通道全部处通道全部处于无效电平状态，因此可以将于无效电平状态，因此可
12、以将DISMAP1DISMAP1和和DISMAP2DISMAP2寄存器分别配寄存器分别配置为置为0 x11110 x1111和和0 x00110 x0011。FaultFault信号除了可以用于封锁信号除了可以用于封锁PWMPWM输出外，还可以向输出外，还可以向DSPDSP提出中断提出中断请求，当对请求，当对PMFCTLPMFCTL寄存器的寄存器的1 1、3 3、5 5、7 7配置以后，即可使能相应配置以后，即可使能相应的的FAULTFAULT中断。中断。问题：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：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过流保护点
