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一种电子功率开关串联桥的保护电路
    本发明涉及一种电气控制保护装置。特别涉及的是一种电子功率开关串联桥的保护电路。

    电子功率开关因其优良的电气控制特性而广泛用于电力电子行业中，如在斩波器中的IGBT桥、各种高、中压变频器中的IGBT桥臂。通常电子功率开关的耐压值较低，在高压电路中，如果采用数只功率开关串联工作，由于各功率开关的开通时间的不一致性，以及电感性负载引起的反冲电压，导致后开通的功率开关承受电压太高而损坏，使功率开关的串联应用成为开发的难点。(参见《变频器世界》编辑部出版的2000年第6期《变频器世界》第42页“高压大功率交流变频调速系统技术鉴定会暨新闻发布会会议记录”。

    本发明的目地是克服现有技术的上述缺点，为电子功率开关串联桥提供一种具有静态均压、动态均压、反冲电压吸收功能的保护电路。

    实现本发明目的的电子功率开关串联桥的保护电路由一个状态检测电路(T)和数个串联的动静态均匀吸收单元电路(DRC)以及数个并接于每个DRC电路两端的浪涌吸收器组成，每一个DRC电路的负极与下一级DRC电路的正极相接构成一串联连接节点，所述的检测电路的高电平检测端与第一个DRC电路的正极端相接，检测电路的低电平检测端与最后一个DRC电路的负极端相接，所述的DRC电路由一个二极管(D)、一个电容(C)和两个电阻(R1)、(R2)组成，其中，电阻(R1)与二极管(D)并联后与呈并联连接的电阻(R2)和电容(C)相串接，所述的状态检测电路(T)由比较器(A)、二极管(DL)、(DH)和电阻(R3)、(R4)、(R5)、(R6)组成，其中，(DL)的阳极和电阻(R5)、(R6)的一端接比较器(A)的1脚、阴极接电阻(R4)的一端，电阻(R5)的另一端接二极管(DH)的阳极和电阻(R3)的一端，电阻(R6)的另一端接功率开关串联桥的负极端。使用时所述的动静态均压吸收单元电路(DRC)的个数与所保护的电子功率开关串联桥的功率开关的个数相同，第一个DRC电路的正端接第一个功率开关的输入端，第一个DRC电路的负极与第二个DRC电路的正极相接的串联连接节点接第一个功率开关的输出端(也是第二个功率开关的输入端)，以此顺序对应连接，最后一个DRC电路的负极接最后一个功率开关的输出端和状态检测电路的低电平检测端。由串联的DRC电路对串联的功率开关进行静态均压、动态均压、反冲电压吸收处理。浪涌吸收器在完成高电压稳压吸收、抗干扰作用的同时，还可防止某个功率开关不导通时维持每个功率开关两端的电压在一定的允许值内。状态检测电路对串联的DRC电路的头和尾两端电压进行检测比较，从而判断电子功率开关的工作状态。

    本保护电路的优点是结构简单，零部件少，可大大提高功率开关串联桥的工作可靠性。适用于斩波器、变频器等各种电气控制设备中的功率开关串联桥。

    下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。但本发明的内容并不仅限于本实施例。

    图1  本发明的结构框图

    图2  本实施例的电路结构示意图

    图3  另一种DRC等效电路图

    图4  用于两只IGBT串联的状态检测简化电路

    参见图1、图2，浪涌吸收器LY并接于每个DRC电路的两端，状态检测电路T的高电平检测端UH和第一个DRC的正端以及第一个功率开关(本实施例以IGBT串联桥为例)IGBT1的输入端相接，其低电平检测端UL与最后一个DRC电路的负端和最后一个IGBTN的输出端相接。第一个DRC电路的负端与第二个DRC电路的正端串联相接构成节点j，该节点j接第一个IGBT1的输出端，(也是第二个IGBT2的输入端)。以此顺序对应相接。动静态均匀吸收单元电路DRC由二极管D、电容C和电阻R1、R2组成，电阻R1与二极管D并联后与呈并联连接的R2和电容C相串接，图2中给出了一种具体的电路连接：R1的一端接D的阳极、另一端接D的阴极，电容C的一端接D的阴极、另一端接R2的一端，R2的另一端接D的阴极。图3给出了另一种连接形式的DRC等效电路，由电容C的一端和电阻R2的一端相接作为输入正端，电容C的另一端接电阻R1的一端和二极管D的阳极以及电阻R2的另一端，电阻R1的另一端和二极管D的阴极相接作为输出负端。浪涌吸收器LY可选用现有的高压浪涌吸收器，如快速稳压管、瞬态电压吸收器等。状态检测电路T由比较器A、二极管DL、DH和电阻R3、R4、R5、R6组成，DL的阳极和R5、R6的一端接比较器A的1脚，二极管DL的阴极接R4的一端，R5另一端接二极管DH的阳极和R3的一端，R6的另一端接IGBT桥的负极端。工作时由DRC电路中的电阻(R1＋R2)串联分压，使加在每只IGBT两端的静态电压都相同，其值为高电压U的N分之一(N为IGBT的只数)。当某只IGBT两端电压升高时，经二极管D对电容C充电，吸收过电压；当IG-BT开通时，电容C经电阻R1和电阻R2两条支路分流放电，流过R1和IGBT的电流减少，将R1设置为R1＜＜R2，因此R1上的能耗较小，IG-BT的开通能耗也较小。所以DRC电路起到了静态均压、动态均压、反冲过压吸收，减小IGBT能耗的作用。状态检测电路通过检测串联的DRC的头和尾两端电压的高低来判断IGBT的工作状态。由电压Vcc经R3、R5、R6分压给比较器1脚提供高电平，该高电平大于基准电压VRf，所以只要驱动信号VI与N个串联DRC端电压都为高电平，则比较器3脚输出高电平保护信号。正常工作时，当驱动信号VI为正，则IGBT都开通，每只IGBT饱和压降仅为2～8V，使得DRC的端电压很低，比较器1脚电压被拉低，比较器3脚输出低电平。当驱动信号VI为负时，也把比较器1脚的电压拉低，其3脚为低电平。二极管DL、DH起高电平隔离、低电平导通作用。DH可由数只二极管串联构成。

    图3是用于两只IGBT串联桥的状态检测简化电路特例。该电路是对图2中的状态检测电路部分的简化，省略了电阻R3，将DL的极性与图2中相反，其工作原理与图2基本相同。即当驱动信号VI为正，且二个串联的DRC的端电压为高电平时，则比较器的3脚输出保护信号；当驱动信号为负或者二个串联的DRC的端电压为低电平时，比较器3脚输出低电平。