电力电子论文

常用过流过压保护的措施、电路和元件一、过流、过压保护元件的重要性

在各类电子产品中，设置过电流保护和过电压保护元件的趋势日益增强，之所以如此，归纳起来主要有以下几个方面的因素：

（1）随着电子产品发展的需求，IC的功能(集成度)也越来越强，其“身价”自然越来越高贵，因而需要加强保护。

（2）为了降低功耗、减少发热、延长使用寿命，半导体元件和IC的工作电压越来越低，其抗过电流/过电压的能力需要适应新的保护要求。

（3）移动式电子产品越来越多，如手持机、PDA、笔记本电脑、摄录机、数码相机、光盘机等，这些电子产品都需要电池组件作为，在电池组件和电池充电器中都必须配备保护元件。

（4）随着现代汽车制造的发展，车内装备的电子设备越来越多，而且工作条件比一般的电子产品更恶劣，如汽车行驶状况和环境瞬息万变、汽车起动时会产生很大的瞬间峰值电压等。因此，在为这些电子设备配套的电源适配器中，一般都需要同时安装过电流和过电压保护元件。

（5）众多电力/电子产品都需要防止雷击以及电源线与电话线的交扰，以保证正常通信和用户人身安全。所以，随着电力/电子产品的发展，过电流/过电压保护元件的需求呈上升趋势。

（6）在电子产品出现的故障中，有75%是由于过电流/过电压造成的。随着人们对电子产品质量的重视及要求，生产厂商必须大量采用电路保护元件。

二、过流保护

很多电子设备都有个额定电流，不允许超过额定电流，不然会烧坏设备。所以有些设备就做了电流保护模块。当电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。如主板usb 一般有usb过流保护，保护主板不被烧坏。

2.1过流的原因

当电力电子变换器内部某一器件击穿或短路，触发电路或控制电路发生故障，出现过载，直流侧短路，可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低，缺相等，均可引起变换器内元件的电流超过正常工作电流，即出现过流。

由于电力电子器件的电流过载能力比一般电气设备差得多。因此，必须对变换器进行适当的过流保护。变换器的过流一般主要分为两类：过载过流和短路过流。

2.2用于过流保护的元件：

用于过流保护的元件有：保险管、自恢复保险丝(RF)、熔断器、压敏电阻、负温度系数热敏电阻(NTC)、正温度系数热敏电阻(PTC)、晶闸管、继电器、过流检测电阻等。

2.3过流保护的措施

总的来说，分有常规保护和状态识别保护两大类：常规保护和状态识别保护。

常规保护

(1) 交流进线电抗器，或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗限制短路电流.但正常工作时有较大的交流压降.

(2) 直流快速开关对于大，中容量变换器，快速熔断器的价格高且更换不方便。为避免过流时烧断快速熔断器，采用动作时间只2ms的直流快速开关，它可先于快速熔断器动作而保护电力电子器件。

(3)快速熔断器是防止变换器过流损坏的最后一道防线。在晶闸管变换器中，快速熔断器是应用最普遍的过流保护措施，可用于交流侧，直流侧和装置主电路中。其中交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。

(4)过电流继电器，整定在过载时动作，当电路由于负载变化，使电流超过额定值时就需要用到这种方法保护。

(5)熔断器保护，即通常用的保险丝，保险管，它是一种过流保护器件，将它串接在电源电路中，一旦当负载出现故障而使电源供电电流突然增大时，保险丝熔断，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的。注意：并不是电流一超过保险丝的额定电流就立即熔断，通常要超过额定电流1.5倍至2倍，保险丝才熔断。所以，这种保护方法是结构简单，成本低，电路设计方便；但缺点是：保护电流值不明确，在需要高精度保护条件下达不到要求，二是熔断后，需要更换，在一些烧保险比较频繁的情况下（如学生实验设备）就是很麻烦的一件事情。

（6）自恢复保险保护，实际就是一种热敏电阻保护，它也是串接在电源电路中，是一种过流保护方法。当电流没有超过额定值时，作为过流保护用的热敏电阻温度正常，所呈现的电阻很小，不会影响电源电路的正常工作，一旦当电流超过它的额定电流时，作为过流保护用的热敏电阻温度徒然升高，所呈现的电阻很大，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的，此后由于流过作为过流保护用的热敏电阻的电流很小，温度降低，降低到一定程度时，作为过流保护用的热敏电阻电阻值减小到正常值，电源恢复工作，若故障没有排除，将会进入下一轮保护。这种方法的优点是电路结构简单，成本低，但缺点是反应太慢，所以多数情况下也不宜使用。

状态识别保护

(1)电流检测装置过流时发出信号，过流信号一方面可以封锁触发电路，使变换器的故障电流迅速下降至零，从而有效抑制了电流。另一方面控制过电继电器，使交流接触器触

点跳开，切断电源。但过流继电器和交流接触器动作都需一定时间(100～200ms)。故只有电流不大的情况这种保护才能奏效。

（2）图1为识别GTR的集-射电压Uce的电路，若Uce超过预定值，晶体管V导通，关断GTR。

图1 识别GTR的集-射电压Uce的电路

三、过压保护

当被保护线路的电源电压高于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通。防止过电压或静电放电(Discharge Suppression)对电子元器件的损坏，被广泛地应用于电话机、传真机及高速传输接口(USB，IEEE1394，HDMI，SATA)等各种电子系统产品，尤其是电子通讯设备，对于如何避免因为电压异常(Over-Voltage or EOS(Electrical Over-Stress))或静电放电(ESD)而对电子备造成伤害损失尤为重要。

3.1过压的原因

1 操作过电压：由拉闸，合闸，快速直流开关的切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。

2 浪涌过压：由雷击等偶然原因引起，从电网进入变换器的过压。

3 电力电子器件关断过电压：电力电子器件关断时产生的过压。

4 在电力电子变换器-电动机调速系统中，由于电动机回馈制动造成直流侧直流电压过高产生的过压，也称为泵升电压。