短路保护原理

开关电源同其它电子装置一样，短路是最严重的故障，短路保护是否可靠，是影响开关电源可靠性的重要因素。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点，是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小，一般仅为几μs至几十μs。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短，而且使关断时电流下降率di/dt过大，由于漏感及引线电感的存在，导致IGBT集电极过电压，该过电压可在器件内部产生擎住效应使IGBT锁定失效，同时高的过电压会使IGBT击穿。因此，当出现短路过流时，必须采取有效的保护措施。

需要使用整流柜时,闭合空气开关QS,按一下起动按钮SB1,接触器KM得电动作,吸合并保持,使得KM的主触点闭合,接通三相交流电源,变压器T1二次侧输出12V交流电,并经VD1～VD6桥式整流,输出12V直流电供给直流起动电机工作电压。

集成运算放大器IC用作电压比较器,调节可变电阻R2阻值,使得检流片流过的电流大于700A时,IC的3脚电位高于2脚电位;P1流过的电流小于700A时,IC的3脚电位低于2脚电位。直流起动电机正常起动时,其工作电流约300A,检流片P1将此电流转变为电压信号输入到集成运算放大器IC的同相输入端3脚,此时IC的3脚电位低于反相输入端2脚的电位,IC的输出端1脚为低电平,三极管V7截止,继电器K不吸合,其常闭触点处于闭合状态,接触器KM仍处于吸合状态,整流柜正常工作。

在短路电流出现时，为了避免关断电流的di/dt过大形成过电压，导致IGBT锁定无效和损坏，以及为了降低电磁干扰，通常采用软降栅压和软关断综合保护技术。在检测到过流信号后首先是进入降栅保护程序，以降低故障电流的幅值，延长IGBT的短路承受时间。在降栅动作后，设定一个固定延迟时间用以判断故障电流的真实性，如在延迟时间内故障消失则栅压自动恢复，如故障仍然存在则进行软关断程序，使栅压降至0V以下，关断IGBT的驱动信号。由于在降栅压程序阶段集电极电流已减小，故软关断时不会出现过大的短路电流下降率和过高的过电压。采用软降栅压及软关断栅极驱动保护，使故障电流的幅值和下降率都能受到限制，过电压降低，IGBT的电流、电压运行轨迹能保证在安全区内。

短路保护原理图