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能是否完善的重要指标之一。它不仅可以提高系统的可靠性，而且也使得系统的可维护性大大增强，从而提高整个系统的使用时间。

7．2．1过流过压保护

(1)造成过流的原因主要有：负载短路和逆变桥臂直通。如果由于故障或误操作使得同一桥臂上的开关管同时导通，即会产生桥臂短路现象，此时短路电流的上升率和浪涌冲击电流均很大,有可能致使开关管烧毁。如果负载短接，则滤波电容C的放电电流增大，有可能导致开关管过流损坏。 (2)设计过流保护电路的几点要求：

①在器件失效之前完成开关管的关断，对于丌关管所经历的所有工作状态都应成立；

②由于开关器件的di／dt和杂散电感相互作用，开关电路产生噪声，以及电路中其它的电磁干扰，故障检测法应有一定的抗干扰能力； ③应足以适用于电路中的各种过流情况； ④不应影响开关管的开关特性。 (3)短路保护的几种常用检测方法： ①电阻传感：

此方法最简单，在负载电流通路放一分流电阻，以产生检测电压，通过此电压进行保护。使用传感电阻的优点是：精确的电流测量对过电流和短路检测都适用，信号也可以用于模拟反馈。

使用传感电阻的缺点是需要体积大、昂贵的低感传感电阻；由于传感电阻的自身电感及连线电感，瞬态响应性差；传感电阻的电压与主电路不隔离，这就意味着采用保护电路与主逻辑电路隔离，或者使故障检测信号通过一个隔离级，增加了系统的复杂性。 ②VCE传感

这种方案又称为“非饱和检测\，短路时器件两端的电压会上升很多，由于它的发生,开关管被拉出低通态电压方式。当开关管导通时其两端的电压会远远高于正常导通时其两端的电压，通过检测导通时其两端电压进行保护。 优点：电路中不需要有耗电的电流传感元件；由于它用简单的无源元件，电路廉价，容易实现。

缺点：电路不能与功率级隔离。 ③电流传感器

这是检测故障电流的常用方法。

优点：传感器提供了主电路与保护电路间的隔离；保护电路为电流驱动且能提供较大抗噪声度的高电平信号。

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缺点：由于适当的电流变压器必须工作在一个宽频带，因此设计比较困难，为响应快速上升的故障电流，它必须至少能工作系统的最小频率；电流传感器检测出的电流信号需转换成电压信号进行保护。

7．2．2过温保护

IGBT开关管在高频状态下导通和关断的过程中，必然在管子上消耗能量，作为热量释放出来。所以，必须设计过温保护电路防止长时问的温度积累，对器件造成损坏，影响系统的正常工作。本文过温保护电路如图6．3所示，电路中使用了J下温度系数的热敏电阻尺wI，当温度值较低时，尺wl阻值低，D∽输出“l”，而当温度高于设定的温度值时，尺wl上的压降大于3V，则D％输出“0”，起到保护作用。输出端D明与DSP一个下降沿有效的外部中断引脚相连，当输出端OUT1从高电平下降到低电平瞬问，引起中断，封锁驱动信号，关断逆变器中的开关器件，起到保护作用。

图7.2 过流过压保护电路

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图7.3 过温保护电路

7．2．3缓冲电路

缓冲电路又叫吸收电路，在开关电源中有着重要的应用。开关晶体管导通

时，晶

体管中流过很大的电流；截止时，晶体管又承受着很高的电压。尤其在开关转换的瞬间，电路中各种储能元件能量释放导致器件承受很大的冲击，有可能超过器件的安全工作区而导致器件损坏。设计缓冲电路，不仅可以降低浪涌电压、dv／dt，di／dt，而且还可以减 少器件的开关损耗、避免器件二次击穿以及抑制电磁干扰，提高电路的可靠性。

缓冲电路之所以能够减小开关的损耗，是因为把开关损耗由器件本身转移到缓冲电路中。缓冲吸收电路主要有RC缓冲电路、充放电型RCD缓冲电路和放电阻止型RCD缓冲电路三种，如图6．4所示。RC缓冲电路对于关断浪涌电压抑制效果好，最适合于斩波电路。充放电型RCD缓冲电路可抑制关断浪涌电压，与放电阻止型RCD缓冲电路相比，缓冲电路中的损耗(主要有缓冲电阻产生)非常大，因而不适用于高频开关用途，在充放电型RCD缓冲电路中缓冲电阻产生的损耗P可由下式求出：

2L?I0?fCa?Ed?F? P? 6. 1 22式中，L—主电路中分布电感，I0—开关器件关断时集电极电流，G一缓冲电容

值，

Ed一直流电源电压，f开关频率。

放电阻止型缓冲电路有抑制关断浪涌电压的效果，并且在缓冲电路中产生的损耗小，最适合用于高频开关用途。在放电阻止型RCD缓冲电路的缓冲电阻上产生的损耗 P可用下式求出：

L?I02?f P? 6.2

2

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式中，L—主电路的分布电感，I0—开关器件关断时的集电极电流，f一开关频率。

综合所述，因此本文在斩波单元采用RC缓冲电路，逆变单元采用放电阻止型RCD缓冲电路，见附图一。

（a） RC缓冲电路

（b） 充放电型RCD缓冲电路

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8 试验结果和结论

根据前面的理论分析和电路设计，试制了一个以DSP为控制核心的串联谐振

型超声波电源，以IGBT作为逆变器和斩波器的开关器件，其部分实验结果如下。

8．1调功系统试验结果

图8．1为辅助开关Sa的驱动波形②和开关两端的电压波形①。从图中可以

看出，当Sa关断后，其电压波形缓慢上升，近似在零电压条件下关断。图8．2为主开关S的驱动波形②和开关两端的电压波形①，当S关断后，其电压波形缓慢上升，也为零电压条件下关断；而开通时，开关电压已降为零，处于零电压条件下开通。这样，斩波调功系统利用软开关减少了开关损耗，提高了系统效率。

图8.1 Sa的驱动与开关两端的电压波形图

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