变频器故障电流的检测和降低措施

电压型逆变器电路。在电路图中首先标出了基本测量点，在这些测量点有可能检测出故障电流。

过电流: 在测量检测点 1-7
分支短路电流: 在测量检测点 1-4 和 6-7
过载短路电流: 在测量检测点 1-7
接地故障电流: 在测量检测点 1, 3, 5, 6 或通过计算测试点1和2的差异得出
原则上对短路电流要求实行快速的保护措施，要求从驱动输出级直接动作，因为晶体管必须在短路
发生后一定时间tsc_max (通常为10微秒)内被关断(通过主动控制可降低开关速度)。故障电流可能在测
量检测点3，4，5，6，7被检测到。
在测量检测点1-5可以使用测量分流器或者感应式电流测量器(通常在测量检测点5)进行测量。
测量分流器:
-- 测量方法简单
-- 需要使用低欧姆 (1到100mW)、低感应的功率分流器
--测量信号有较高的抗干扰性
--测量信号不带电位隔离
感应式电流测量器:
--比较测量分流器有明显较高的成本(费用)
-- 比较测量分流器抗干扰性较低
-- 测量值带电位隔离
在测量点6和7，故障电流的检测可以直接在IGBT/MOSFET模块的端口进行。在这里，保护方法可
以是vCEsat和vDS(on)的检测(间接测量法)，或者镜像电流检测，它是使用检测IGBT/MOSFET的传感器
(利用IGBT传感器电流镜像测到故障电流
在IGBT上的传感器是由在发射极的几个传感单元以及一根平行于电流通路的线路所构成的。通过测
量电阻RSense就可以得到集电极电流的信息。在RSense=0时，电流在发射极和感应电路是理想分布，
它们之间的电流比值为发射极传感单元数量同总传感单元数量的比值。随着RSense的增加，则测量回
路中导通电流将因为测量信号的反馈而减少。
因此，为了精确测量集电极电流，测量电阻RSense应限制在1到5欧姆的范围内。
如果关断的电流门限值只是略高于晶体管的额定电流，那么在开通时出现的通过续流二极管的反向
电流峰值会超出门限电流，因此电流检测必须在这段时间内被关闭。
在检测电阻RSense无限大时，器测量电压等于集电极-发射极饱和电压，因此，镜像电流检测转化为
vCEsat检测。
vCEsat 检测
vCEsat检测使用了晶体管数据文件资料给出的集电极电流和集电极-发射极电压的特性(正向导通特性
和输出特性)。为此，一个快速高耐压的二极管被用来检测集电极-发射极电压，并与一个参考值进
行比较。如果参考值被超过，错误信息存储装置就会被触发并关断晶体管。由于短路时晶体管能快
速脱离饱和区，所以，vCEsat检测非常适合用于短路检测，当晶体管因为故障没有退出饱和区时(例
如，接地故障电流和过电流增长缓慢)，则其应用受到一定限制。
为了确保IGBT在正常开通，vCEsat检测必须在开通后的一定时间内不工作(被消隐)，直到集电极-发
射极电压低于参考电压值。因为在这段时间内没有短路保护，所以消隐时间不能超过tsc_max。
输出特性对温度的依赖性以及参数的离散性都对VCEsat检测有不利的影响。然而同镜像电流法相
比，vCEsat检测的主要优点是适用于任何标准的IGBT/MOSFET模块。直接法)来得出故障电流。
降低故障电流
通过降低或限制故障电流，特别是在短路和对地连接呈低阻抗状态时，晶体管开关能得到更好的保
护。
在短路2时，因为很高的dvCE/dt值导致栅极-发射极电压突然升高，从而产生了动态短路电流升高。
这可以通过限制栅极发射极电压来降低短路电流的幅度。在实际应用的例子中，通过这种保护技术，
稳态的短路电流被限制在额定电流的2.5到3倍的数量值上。