功率器件的保護(hù)措施有哪些及優(yōu)缺點(diǎn)詳解-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2019-11-22
本文主要講功率器件的保護(hù)措施。功率器件,就是輸出功率比較大的電子元器件,像大音響系統(tǒng)中的輸出級(jí)功放中的電子元件都屬于功率器件,還有電磁爐中的IGBT也是。本章詳細(xì)介紹了:功率器件定義,功率器件龍頭企業(yè),最新功率器件,分立器件與功率器件,功率器件測(cè)試,功率半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)。
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,技術(shù)的不斷發(fā)展,科技產(chǎn)品也日新月異,產(chǎn)品都需要功率器件,好的功率器件需要更好的設(shè)計(jì)者來設(shè)計(jì),功率器件對(duì)電子產(chǎn)品是功不可沒的。目前用于電子產(chǎn)品和自動(dòng)化電子控制設(shè)備及功率半導(dǎo)體器件的保護(hù)方法有如下幾種:
(一)保險(xiǎn)絲法
這是一種傳統(tǒng)的保護(hù)方法。保險(xiǎn)絲常串接在電路的電源輸入端用以控制整個(gè)電路的總電流。其工作原理是靠電路出現(xiàn)故障后增大的故障電流流過保險(xiǎn)絲時(shí)導(dǎo)致其發(fā)熱升溫自行熔化,以切斷電源供給達(dá)到保護(hù)目的。保險(xiǎn)絲法有實(shí)施簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、成本低,保護(hù)時(shí)電源切斷徹底等優(yōu)點(diǎn),所以被廣泛應(yīng)用在目前所有的電子電路和電子設(shè)備中。
不過,由于保險(xiǎn)絲中流過的是電路的總電流,單只功率半導(dǎo)體器件中工作電流的變化不足以引起其有效反應(yīng);加之保險(xiǎn)絲熔化速度慢,只能在功率半導(dǎo)體器件損壞后或電路惡性短路故障發(fā)生后故障電流成倍增加之后才會(huì)熔斷,所以,只能起到防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大的作用,對(duì)功率半導(dǎo)體器件起不到保護(hù)作用。
(二)檢測(cè)主電路電流法
該方法是在主電路電源輸入端串聯(lián)接入檢測(cè)元件(檢測(cè)電阻、互感器等),通過檢測(cè)電路中總電流在檢測(cè)元件上的電壓降或電流大小獲得相應(yīng)電流或電壓信號(hào),經(jīng)過電路放大處理,與保護(hù)電路的動(dòng)作閾值比較,決定保護(hù)與否;
該保護(hù)方法由于采用了電子技術(shù),和保險(xiǎn)絲法相比其靈敏度和反映速度都得到了提高,不過這種方法依然檢測(cè)的是電路的總電流,而故障功率半導(dǎo)體器件的工作電流只是總電流的幾分之一甚至幾十分之一,其變化不足以引起保護(hù)電路有效反應(yīng)。
所以該方法總是在故障電流形成之后才有響應(yīng),造成檢測(cè)結(jié)果和保護(hù)動(dòng)作的滯后,根本適應(yīng)不了對(duì)功率半導(dǎo)體器件的保護(hù)要求。所以該保護(hù)方法和保險(xiǎn)絲一樣,只能在功率半導(dǎo)體器件已經(jīng)損壞和惡性過流故障發(fā)生后起到防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大的作用。對(duì)功率器件的保護(hù)仍無能為力。
(三)檢測(cè)功率器件工作電流法
這是目前比較常用的功率半導(dǎo)體器件保護(hù)方法,對(duì)功率半導(dǎo)體器件有一定的保護(hù)作用。該方法是在被保護(hù)的功率半導(dǎo)體器件工作電流通路中串入檢測(cè)元件(電阻或電流互感器等),通過檢測(cè)被保護(hù)器件的工作電流在檢測(cè)元件上的電流或電壓信號(hào),再經(jīng)電路處理獲得故障信號(hào),通過保險(xiǎn)絲或關(guān)斷電源等方法進(jìn)行保護(hù)。
檢測(cè)功率器件工作電流法的工作原理和線路結(jié)構(gòu)與檢測(cè)主電路電流法相同,不同的是檢測(cè)對(duì)象是被保護(hù)器件的工作電流,所以靈敏度比檢測(cè)主電路電流法要高,效果也要好。如果該方法是采用電子器件關(guān)斷電流通路來實(shí)施保護(hù),就能在管子發(fā)生過流故障后起到一定保護(hù)作用。
不過因該方案仍采用檢測(cè)電流法,即總是在故障形成、被保護(hù)器件受到高電壓、大電流的沖擊后才能檢測(cè)出故障信號(hào)然后進(jìn)行保護(hù),仍然造成信號(hào)獲取滯后。如果被保護(hù)器件選用的功率余量小或電路故障嚴(yán)重,被保護(hù)器件仍然會(huì)立即損壞;若被保護(hù)器件功率余量大而且故障程度不嚴(yán)重時(shí)器件一般不會(huì)損壞;
不過由于故障電流的沖擊仍造成被保護(hù)器件的性能明顯下降、壽命減短,給整機(jī)的性能和可靠性埋下隱患。所以該方法對(duì)惡性過流、負(fù)載短路等故障起初幾次有一些保護(hù)效果,但性能仍不理想。實(shí)際使用證明,器件經(jīng)過有限幾次故障電流的沖擊就失效了。
檢測(cè)被保護(hù)器件工作電流法除檢測(cè)和保護(hù)滯后外,還存在下列缺陷:
1、由于主電流通路中接有電阻或電流互感器等檢測(cè)元件,降低了輸出電壓,使輸出功率下降,電源利用率降低,這在采用低電壓供電的電路中矛盾更突出。2、檢測(cè)電阻發(fā)熱量大、散熱困難,易造成整機(jī)溫度升高、工作穩(wěn)定性下降。3、互感器體積大,使用不便;檢測(cè)電阻阻值小,要求精度高,導(dǎo)致成本也高。當(dāng)然,采用其它檢測(cè)元件同樣存在這個(gè)問題。4、保護(hù)電路復(fù)雜,制作困難;一般都是隨機(jī)設(shè)計(jì)、通用性差等。
(四)并聯(lián)式檢測(cè)功率器件電壓法
顧名思義,這種方法就是保護(hù)電路與被保護(hù)功率器件并聯(lián)連接,通過檢測(cè)被保護(hù)器件工作時(shí)的電壓來獲得信號(hào),根據(jù)電壓情況判斷電路是否出現(xiàn)故障,保護(hù)方法采用就地式保護(hù)方式,即通過強(qiáng)行切斷被保護(hù)功率器件本身的控制信號(hào),迫使其停止工作以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的保護(hù)。(檢測(cè)被保護(hù)器件的電壓,直接對(duì)被保護(hù)器件實(shí)施保護(hù))
由于該方法檢測(cè)的是電壓信號(hào),可以在電路出現(xiàn)異常時(shí)即時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,在故障電流還未形成時(shí)即進(jìn)行保護(hù),避免了故障電流對(duì)器件的沖擊。根據(jù)對(duì)實(shí)際應(yīng)用電路的測(cè)試和長(zhǎng)期使用證明,保護(hù)動(dòng)作時(shí)被保護(hù)功率器件的工作電流由正常值減小到零,不存在大電流沖擊,對(duì)功率器件的性能壽命無任何影響。所以不怕惡性故障和永久性故障。是一種比較理想的保護(hù)方法。
該保護(hù)方法還有下列特點(diǎn):
1、保護(hù)電路并聯(lián)接入,主工作回路中不串接任何元件,電源利用率高,無熱源。
2、檢測(cè)對(duì)象是被保護(hù)功率器件的工作電壓,所以保護(hù)電路的輸入阻抗高、功耗小,檢測(cè)精度高。
3、檢測(cè)的是被保護(hù)對(duì)象本身的工作狀態(tài),保護(hù)又直接施加在被保護(hù)對(duì)象上,因此針對(duì)性強(qiáng),保護(hù)及時(shí)可靠。
4、在電路正常時(shí),保護(hù)電路只起監(jiān)視功率半導(dǎo)體器件工作情況的作用,不參與更不影響功率半導(dǎo)體器件的工作,當(dāng)實(shí)施保護(hù)時(shí)只關(guān)斷故障涉及到的功率器件(當(dāng)然,也可在關(guān)斷被保護(hù)器件的同時(shí)切斷單元電路或整個(gè)設(shè)備的電源供給),不影響設(shè)備其它部分的工作,這點(diǎn)對(duì)很多設(shè)備非常必要。
該保護(hù)電路的不足是:只對(duì)被保護(hù)器件的工作狀態(tài)進(jìn)行定性檢測(cè),所以,若用于電壓控制型功率器件,只能對(duì)負(fù)載短路和嚴(yán)重過流故障有理想的保護(hù)效果。
(五)并聯(lián)式檢測(cè)工作壓降法
由于功率半導(dǎo)體器件本身導(dǎo)通電阻的存在,任何情況的過載過流都會(huì)引起其飽和壓降或工作壓降的增大,即不管半導(dǎo)體器件的工作狀態(tài)如何,通過其任何大小的電流時(shí)器件本身都會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的工作電壓降值;監(jiān)視和監(jiān)測(cè)功率半導(dǎo)體器件導(dǎo)通時(shí)的電壓降,根據(jù)其電壓降的大小即可判斷過流過載的情況和程度。
該方法的工作原理和連接方法與并聯(lián)式功率器件工作狀態(tài)電壓檢測(cè)法相同,所以也具有并聯(lián)式檢測(cè)功率半導(dǎo)體器件工作狀態(tài)電壓法的所有優(yōu)點(diǎn);區(qū)別是該方法對(duì)被保護(hù)器件的工作電壓進(jìn)行定量檢測(cè),因而對(duì)工作狀態(tài)的測(cè)量和故障的判斷更準(zhǔn)確。該方法可以對(duì)功率半導(dǎo)體器件的激勵(lì)不足、過流過載、負(fù)載短路故障進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)施保護(hù),效果非常理想。
以上就是功率器件的一些相關(guān)知識(shí),功率器件不斷發(fā)展,這就需要我們的科研人員的不斷努力,推動(dòng)技術(shù)不斷發(fā)展,讓我們的電子產(chǎn)品更加高效。
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