电路中对功率模块保护措施有哪些

现今功率模块如绝缘栅晶体管(IGBT)、智能模块(IPM)、电力MOS场效应晶体管(MOSFET)、电力晶体管(GTR)等,已广泛应用在自动化控制系统中,由于这些器件对过电压、过电流、超温承受能力较差,因此必须采取相应措施,常在系统中增加了一些不可缺少的过压、过流、过载、超温等保护电路,以保护系统中的功率模块不被击穿且可靠地运行。

电路中对功率模块保护措施有哪些

某变频器整流滤波及过电压检测电路

常用的保护措施一般有单个元器件或多个元器件组成的保护电路。如阻容吸收器、齐纳二极管、压敏电阻、自复式熔断器、集成芯片(如具有门极驱动与保护的HCPL-316J)、过流继电器等。同时为抑制加在功率模块上的电压、电流的快速上升,常在功率模块电路中串接电感和阻容吸收器配合的电路。以及功率模块自身制造时加设的缓冲保护电路。

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某变频器电路模块输出电流检测刹车电路

一, 阻容吸收器

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阻容吸收器是利用电容C两端电压不能突变的性质与限流作用的电阻R相串联组合的电子器件(其中电容耐压较高,电阻采用氧化锌制成)。由于过电压、过电流大都以脉冲形式出现,所以阻容吸收器能在较短时间内有效抑制和吸收过电压、过电流,保证了功率模块不受到冲击。阻容吸收器一般并接在功率模块的输出部分,如IGBT的C、E两端。

二,压敏电阻

电路中对功率模块保护措施有哪些

压敏电阻是有非线性半导体材料制成,主要有碳化硅、氧化锌压敏电阻两种,由于压敏电阻具有在外加两端电压增加到某临界点时,其电阻迅速下降的特性,以及漏电流小、响应快、体积小、重量轻,使用寿命长且各种时稳定可靠等特点。常被保护重要的电子元器件,抑制过电压和浪涌吸收。如MYS系列。

三,齐纳二极管

电路中对功率模块保护措施有哪些

齐纳二极管(稳压二极管)又称背靠背二极管,当外部电压低于它的击穿电压临界点时,具有很高反向电阻,而当过电压高于其临界点, 齐纳二极管击穿。击穿时反向电阻降低到一个很小的阻值,在这个击穿低阻区域中,电流增加时电压则保持了恒定。也就是说在击穿低阻区域中,它有着稳压作用的特点。常被保护重要的电子元器件,抑制过电压和浪涌吸收,

四,自复式熔断器

电路中对功率模块保护措施有哪些

自复式熔断器的熔体是由高科技聚合树脂及纳米导电晶粒经特殊工艺加工制成,其电阻增大具有非线性特征,正常情况下 ,自复式熔断器的熔体的电阻通常只占电路总阻抗很小一部分 ,当电路发生故障,即短路或过电流时产生的高温,使其熔体气化,瞬间呈现高阻状态,从而限制了短路或过载电流,使其在安全的范围内。当故障消失后,温度下降,熔体又自动恢复原来的低阻导电状态 ,因自复式熔断器特点,常用于功率模块输出,以限制了外部引起的短路或过载电流。

五,集成芯片(多功能器件)

集成芯片如HCPL-316J,它是集对功率模块门极驱动与多种保护一体的集成芯片。当它检测到外部产生过电压、过电流时,就会迅速关断对于的功率模块。从而起到了对功率模块保护作用。

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HCPL-316J内部等效电路

六,电流继电器

电流继电器有有触点和无触点的两种,在功率模块主回路发生过流情况下,功率模块主回路的电流检测元件(如互感器),检测到的电流超过设置值时,经驱动电路放大后驱动电流继电器动作,迅速切断功率模块门极驱动,使功率模块迅速关断,从而起到了对功率模块保护作用。

当然一些为抑制加在功率模块上的电压、电流的快速上升采取串接电感;门极过电压保护;安全工作区(电压钳位、吸收);限流;防锁定;瞬时过电流关断及其他保护的措施,这里就不一一叙述。


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