功率器件的保护措施有哪些及优缺点详解

功率器件简介

本(ben)文主(zhu)要讲功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)保护措施。功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)，就是输出功(gong)(gong)率(lv)(lv)比较大的(de)(de)电子元器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)，像大音响系统中(zhong)(zhong)的(de)(de)输出级功(gong)(gong)放中(zhong)(zhong)的(de)(de)电子元件(jian)都属于功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)，还有电磁(ci)炉中(zhong)(zhong)的(de)(de)IGBT也是。本(ben)章详(xiang)细介(jie)绍(shao)了(le)：功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)定义，功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)龙头(tou)企(qi)业(ye)，最(zui)新功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)，分立器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)与(yu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)，功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)测试，功(gong)(gong)率(lv)(lv)半导体器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)基(ji)础。

功率器件的五大保护措施

随着社会的(de)(de)不断进步，技(ji)术的(de)(de)不断发展，科技(ji)产品也日(ri)新月异，产品都需(xu)要(yao)功(gong)率(lv)器(qi)件，好(hao)的(de)(de)功(gong)率(lv)器(qi)件需(xu)要(yao)更好(hao)的(de)(de)设(she)计者(zhe)来设(she)计，功(gong)率(lv)器(qi)件对电子产品是功(gong)不可没的(de)(de)。目(mu)前用于电子产品和自动(dong)化电子控制设(she)备及功(gong)率(lv)半导体器(qi)件的(de)(de)保护方(fang)法(fa)有如下几(ji)种：

（一）保险丝法

这是(shi)一种(zhong)传统的(de)保(bao)护方法(fa)。保(bao)险丝(si)常串接在(zai)电(dian)(dian)(dian)路的(de)电(dian)(dian)(dian)源输(shu)入(ru)端用以控制整(zheng)个电(dian)(dian)(dian)路的(de)总(zong)电(dian)(dian)(dian)流(liu)。其工(gong)作原理是(shi)靠电(dian)(dian)(dian)路出现故障后增大的(de)故障电(dian)(dian)(dian)流(liu)流(liu)过保(bao)险丝(si)时(shi)导(dao)致其发热升温自(zi)行(xing)熔化，以切断(duan)电(dian)(dian)(dian)源供给(ji)达到(dao)保(bao)护目的(de)。保(bao)险丝(si)法(fa)有实施简单、维护容易、成本低，保(bao)护时(shi)电(dian)(dian)(dian)源切断(duan)彻(che)底等优点(dian)，所(suo)以被广泛(fan)应用在(zai)目前(qian)所(suo)有的(de)电(dian)(dian)(dian)子电(dian)(dian)(dian)路和(he)电(dian)(dian)(dian)子设备中。

不(bu)过，由于(yu)保(bao)险丝(si)中流过的是(shi)电路(lu)(lu)的总电流，单(dan)只(zhi)功(gong)率半(ban)导体(ti)(ti)器件中工(gong)作(zuo)(zuo)电流的变化(hua)不(bu)足以引起其有效反应;加(jia)之(zhi)保(bao)险丝(si)熔(rong)化(hua)速度慢(man)，只(zhi)能在功(gong)率半(ban)导体(ti)(ti)器件损坏后或电路(lu)(lu)恶性(xing)短路(lu)(lu)故(gu)障(zhang)(zhang)发生后故(gu)障(zhang)(zhang)电流成(cheng)倍增(zeng)加(jia)之(zhi)后才会熔(rong)断(duan)，所以，只(zhi)能起到(dao)防止故(gu)障(zhang)(zhang)进一步扩(kuo)大的作(zuo)(zuo)用，对(dui)功(gong)率半(ban)导体(ti)(ti)器件起不(bu)到(dao)保(bao)护作(zuo)(zuo)用。

（二）检测主电路电流法

该方法是在(zai)(zai)主电(dian)(dian)路电(dian)(dian)源输(shu)入端串联接入检测(ce)元(yuan)件(检测(ce)电(dian)(dian)阻、互感器等)，通过检测(ce)电(dian)(dian)路中总电(dian)(dian)流(liu)在(zai)(zai)检测(ce)元(yuan)件上的电(dian)(dian)压(ya)降或电(dian)(dian)流(liu)大小获得相应电(dian)(dian)流(liu)或电(dian)(dian)压(ya)信(xin)号(hao)，经过电(dian)(dian)路放大处理(li)，与保护电(dian)(dian)路的动作阈值比较，决定保护与否;

该保(bao)(bao)护方法(fa)由(you)于采(cai)用(yong)了电(dian)(dian)子(zi)技术，和(he)保(bao)(bao)险丝法(fa)相(xiang)比其(qi)灵敏度(du)和(he)反映速度(du)都(dou)得到(dao)了提高，不过这种方法(fa)依然检测的(de)是电(dian)(dian)路的(de)总电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，而故(gu)障功率半导体(ti)器件的(de)工(gong)作电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)只是总电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)几(ji)(ji)分之一甚(shen)至几(ji)(ji)十分之一，其(qi)变(bian)化不足以引(yin)起(qi)保(bao)(bao)护电(dian)(dian)路有效反应(ying)。

所(suo)以该(gai)方法(fa)(fa)总(zong)是在故障(zhang)电(dian)流形(xing)成之后才(cai)有响应，造成检测结果(guo)和(he)保护(hu)动作的(de)(de)滞后，根本(ben)适(shi)应不了(le)对功率半导体器件的(de)(de)保护(hu)要求。所(suo)以该(gai)保护(hu)方法(fa)(fa)和(he)保险(xian)丝一(yi)样(yang)，只(zhi)能在功率半导体器件已经损坏和(he)恶性过流故障(zhang)发生后起到防(fang)止故障(zhang)进一(yi)步扩大(da)的(de)(de)作用。对功率器件的(de)(de)保护(hu)仍无能为(wei)力(li)。

（三）检测功率器件工作电流法

这是目前比较常用(yong)的(de)功(gong)(gong)率(lv)半(ban)导体(ti)器(qi)件(jian)(jian)保(bao)护方(fang)法，对功(gong)(gong)率(lv)半(ban)导体(ti)器(qi)件(jian)(jian)有(you)一定的(de)保(bao)护作用(yong)。该(gai)方(fang)法是在被保(bao)护的(de)功(gong)(gong)率(lv)半(ban)导体(ti)器(qi)件(jian)(jian)工(gong)作电(dian)(dian)流通(tong)路(lu)中串入检测(ce)元件(jian)(jian)(电(dian)(dian)阻或(huo)电(dian)(dian)流互(hu)感器(qi)等(deng))，通(tong)过检测(ce)被保(bao)护器(qi)件(jian)(jian)的(de)工(gong)作电(dian)(dian)流在检测(ce)元件(jian)(jian)上的(de)电(dian)(dian)流或(huo)电(dian)(dian)压信号，再经(jing)电(dian)(dian)路(lu)处理获得故障信号，通(tong)过保(bao)险(xian)丝或(huo)关断(duan)电(dian)(dian)源等(deng)方(fang)法进(jin)行保(bao)护。

检(jian)测(ce)功率器(qi)件工作(zuo)电(dian)流(liu)(liu)(liu)法的工作(zuo)原理和线(xian)路结构与检(jian)测(ce)主电(dian)路电(dian)流(liu)(liu)(liu)法相(xiang)同(tong)(tong)，不同(tong)(tong)的是检(jian)测(ce)对(dui)象是被(bei)保护器(qi)件的工作(zuo)电(dian)流(liu)(liu)(liu)，所(suo)以(yi)灵(ling)敏度(du)比检(jian)测(ce)主电(dian)路电(dian)流(liu)(liu)(liu)法要高，效果也(ye)要好。如果该方法是采用(yong)电(dian)子(zi)器(qi)件关(guan)断(duan)电(dian)流(liu)(liu)(liu)通路来实施(shi)保护，就能在管子(zi)发生过(guo)流(liu)(liu)(liu)故障后(hou)起到一定保护作(zuo)用(yong)。

不过因(yin)该方案仍采用检(jian)测电(dian)流法，即总是(shi)在(zai)故(gu)障(zhang)形成、被(bei)(bei)保护(hu)器件(jian)(jian)受到(dao)高电(dian)压(ya)、大电(dian)流的(de)冲击后才能检(jian)测出故(gu)障(zhang)信(xin)号然后进(jin)行(xing)保护(hu)，仍然造(zao)成信(xin)号获取(qu)滞(zhi)后。如果被(bei)(bei)保护(hu)器件(jian)(jian)选(xuan)用的(de)功率余量(liang)小或(huo)电(dian)路(lu)故(gu)障(zhang)严重，被(bei)(bei)保护(hu)器件(jian)(jian)仍然会立即损坏;若被(bei)(bei)保护(hu)器件(jian)(jian)功率余量(liang)大而且(qie)故(gu)障(zhang)程度不严重时器件(jian)(jian)一般不会损坏;

不过由于(yu)故障(zhang)电(dian)流的(de)(de)(de)冲击仍造成被保护(hu)器件的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能明显下(xia)降、寿(shou)命减短，给整机的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能和可(ke)靠性(xing)(xing)埋下(xia)隐患。所以该方法对恶性(xing)(xing)过流、负载(zai)短路等故障(zhang)起初几(ji)次有一(yi)些保护(hu)效(xiao)果，但性(xing)(xing)能仍不理想。实(shi)际使用证明，器件经过有限几(ji)次故障(zhang)电(dian)流的(de)(de)(de)冲击就失效(xiao)了。

检测被保(bao)护(hu)器件工作(zuo)电流(liu)法除检测和保(bao)护(hu)滞后(hou)外，还存在下(xia)列缺陷：

1、由(you)于主电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)通(tong)路(lu)中(zhong)接有电(dian)(dian)(dian)阻或电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)互感(gan)器等检(jian)测元(yuan)件，降低(di)(di)了输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压，使(shi)输(shu)出(chu)功率下降，电(dian)(dian)(dian)源利(li)用率降低(di)(di)，这在采用低(di)(di)电(dian)(dian)(dian)压供电(dian)(dian)(dian)的电(dian)(dian)(dian)路(lu)中(zhong)矛盾更突(tu)出(chu)。2、检(jian)测电(dian)(dian)(dian)阻发热量大、散热困难，易造成整机(ji)温度(du)升高、工作稳(wen)定(ding)性下降。3、互感(gan)器体积(ji)大，使(shi)用不便;检(jian)测电(dian)(dian)(dian)阻阻值(zhi)小(xiao)，要求(qiu)精度(du)高，导致成本也(ye)高。当然(ran)，采用其它检(jian)测元(yuan)件同样存在这个问题(ti)。4、保护电(dian)(dian)(dian)路(lu)复(fu)杂(za)，制作困难;一(yi)般都是随机(ji)设计、通(tong)用性差等。

（四）并联式检测功率器件电压法

顾名思义，这种方(fang)法(fa)就(jiu)是保(bao)护电(dian)路(lu)与(yu)被(bei)保(bao)护功率器件并(bing)联连接，通(tong)过(guo)检(jian)测被(bei)保(bao)护器件工作(zuo)时的电(dian)压来获得信号，根(gen)据电(dian)压情况判断电(dian)路(lu)是否(fou)出现(xian)故障(zhang)，保(bao)护方(fang)法(fa)采用就(jiu)地式保(bao)护方(fang)式，即(ji)通(tong)过(guo)强行切断被(bei)保(bao)护功率器件本身的控(kong)制信号，迫使其停止工作(zuo)以(yi)实(shi)(shi)现(xian)对其的保(bao)护。(检(jian)测被(bei)保(bao)护器件的电(dian)压，直(zhi)接对被(bei)保(bao)护器件实(shi)(shi)施保(bao)护)

由(you)于(yu)该方(fang)法检测的(de)是(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)压信号，可以在(zai)电(dian)(dian)(dian)路(lu)出(chu)现(xian)异常(chang)时(shi)即(ji)时(shi)发现(xian)故障(zhang)(zhang)，在(zai)故障(zhang)(zhang)电(dian)(dian)(dian)流(liu)还未形成时(shi)即(ji)进行保(bao)(bao)护(hu)(hu)，避免了故障(zhang)(zhang)电(dian)(dian)(dian)流(liu)对器(qi)件(jian)(jian)的(de)冲击(ji)。根据(ju)对实际应(ying)用电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)测试和(he)长期使用证明(ming)，保(bao)(bao)护(hu)(hu)动作(zuo)时(shi)被保(bao)(bao)护(hu)(hu)功率(lv)器(qi)件(jian)(jian)的(de)工作(zuo)电(dian)(dian)(dian)流(liu)由(you)正常(chang)值减小到(dao)零，不存在(zai)大电(dian)(dian)(dian)流(liu)冲击(ji)，对功率(lv)器(qi)件(jian)(jian)的(de)性(xing)能寿命无任何影响。所以不怕恶性(xing)故障(zhang)(zhang)和(he)永(yong)久性(xing)故障(zhang)(zhang)。是(shi)(shi)一种比较理想的(de)保(bao)(bao)护(hu)(hu)方(fang)法。

该保护方法还有下列特点：

1、保护电路(lu)并联接入(ru)，主(zhu)工(gong)作回路(lu)中(zhong)不(bu)串(chuan)接任(ren)何元件，电源(yuan)利(li)用率(lv)高(gao)，无热源(yuan)。

2、检测对象(xiang)是被保护功(gong)率(lv)器件的工(gong)作电压(ya)，所以保护电路的输入阻抗高、功(gong)耗(hao)小，检测精度(du)高。

3、检测的是被保(bao)护对(dui)象(xiang)本身的工作(zuo)状态，保(bao)护又直接施加在被保(bao)护对(dui)象(xiang)上，因此针对(dui)性强，保(bao)护及时(shi)可(ke)靠。

4、在电(dian)路正(zheng)常(chang)时(shi)(shi)，保(bao)护(hu)电(dian)路只起监视功(gong)率(lv)半导体器件工作(zuo)(zuo)情况的作(zuo)(zuo)用，不参(can)与更不影响(xiang)功(gong)率(lv)半导体器件的工作(zuo)(zuo)，当实(shi)施保(bao)护(hu)时(shi)(shi)只关断(duan)故障涉及到的功(gong)率(lv)器件(当然(ran)，也可在关断(duan)被保(bao)护(hu)器件的同时(shi)(shi)切断(duan)单元电(dian)路或(huo)整个设(she)(she)备(bei)的电(dian)源供给)，不影响(xiang)设(she)(she)备(bei)其(qi)它部分(fen)的工作(zuo)(zuo)，这点(dian)对很多设(she)(she)备(bei)非常(chang)必要(yao)。

该保(bao)护(hu)电路(lu)的(de)不足是：只对(dui)被保(bao)护(hu)器件(jian)(jian)的(de)工作状态进行定性检测，所以，若用(yong)于电压控制型功率器件(jian)(jian)，只能对(dui)负载短路(lu)和严重过流故障有(you)理想的(de)保(bao)护(hu)效果(guo)。

（五）并联式检测工作压降法

由于功率半导(dao)体器(qi)件本身导(dao)通(tong)电(dian)(dian)(dian)阻的(de)(de)存在，任何(he)情(qing)况的(de)(de)过(guo)载过(guo)流都会引起其(qi)(qi)饱和(he)(he)压(ya)降或工作压(ya)降的(de)(de)增大，即(ji)不(bu)管半导(dao)体器(qi)件的(de)(de)工作状态如何(he)，通(tong)过(guo)其(qi)(qi)任何(he)大小的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流时器(qi)件本身都会有一个对应的(de)(de)工作电(dian)(dian)(dian)压(ya)降值;监(jian)视和(he)(he)监(jian)测功率半导(dao)体器(qi)件导(dao)通(tong)时的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)降，根据(ju)其(qi)(qi)电(dian)(dian)(dian)压(ya)降的(de)(de)大小即(ji)可判(pan)断过(guo)流过(guo)载的(de)(de)情(qing)况和(he)(he)程度。

该(gai)方(fang)法(fa)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理和连接方(fang)法(fa)与并(bing)联式(shi)功(gong)率器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)状(zhuang)态(tai)电(dian)压(ya)检(jian)测(ce)法(fa)相(xiang)同，所以也具有(you)并(bing)联式(shi)检(jian)测(ce)功(gong)率半导体(ti)器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)状(zhuang)态(tai)电(dian)压(ya)法(fa)的(de)所有(you)优点(dian);区别(bie)是该(gai)方(fang)法(fa)对(dui)被保护(hu)器(qi)件(jian)的(de)工(gong)作(zuo)电(dian)压(ya)进(jin)行(xing)定(ding)量检(jian)测(ce)，因而对(dui)工(gong)作(zuo)状(zhuang)态(tai)的(de)测(ce)量和故障的(de)判断更准确(que)。该(gai)方(fang)法(fa)可以对(dui)功(gong)率半导体(ti)器(qi)件(jian)的(de)激励(li)不足、过流过载、负载短路故障进(jin)行(xing)检(jian)测(ce)并(bing)实施保护(hu)，效果非常理想。

以上就是功(gong)率(lv)器件(jian)的(de)一些相关知识，功(gong)率(lv)器件(jian)不(bu)断(duan)(duan)发(fa)展，这(zhei)就需(xu)要(yao)我(wo)们的(de)科研人员的(de)不(bu)断(duan)(duan)努(nu)力(li)，推动(dong)技术不(bu)断(duan)(duan)发(fa)展，让我(wo)们的(de)电子产品更加高效。

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