ZHCAE33 December 2022 AMC1202 , AMC1302 , AMC1306M05 , AMC22C11 , AMC22C12 , AMC23C10 , AMC23C11 , AMC23C12 , AMC23C14 , AMC23C15 , AMC3302 , AMC3306M05
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- 摘要
- 商標(biāo)
- 1引言
- 2交流/直流轉(zhuǎn)換器中的電流檢測(cè)
- 3直流/直流轉(zhuǎn)換器中的電流檢測(cè)
- 4結(jié)語(yǔ)
- 5參考資料
2.2.2.1 故障分析：電網(wǎng)短路
為了評(píng)估交流/直流級(jí)安全關(guān)斷所需的最大延遲，我們通過(guò)應(yīng)用以下條件進(jìn)行了系統(tǒng)仿真：
- 將直流總線電壓設(shè)置為最大額定電壓 (800V)
- 轉(zhuǎn)換器在標(biāo)稱電流 (16ARMS) 下工作
- 當(dāng)消耗某個(gè)相位的最大電流時(shí)觸發(fā)短路
- 升壓電感器的電感以及磁通量與軟磁性材料的電流曲線不是線性關(guān)系；電感與電流的關(guān)系針對(duì) 11kW 交流/直流級(jí)進(jìn)行了優(yōu)化，并且在達(dá)到飽和時(shí)，電感會(huì)降至標(biāo)稱值的 30%
- B 點(diǎn)處電流檢測(cè)的過(guò)流閾值設(shè)置為 30A（測(cè)量范圍的 93.7%）
- 根據(jù) 11kW 應(yīng)用中所用電源元件的數(shù)據(jù)表，選擇了 60A 的最大允許電流
當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，轉(zhuǎn)換器仍在開(kāi)關(guān)，從而導(dǎo)致電流不受控制。由于故障突然發(fā)生，MCU 沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)更新和糾正占空比。PWM 更新通常以固定頻率進(jìn)行（本例中為 70kHz，即每 14.2μs 一次）。通過(guò)采用單次和雙次更新刷新技術(shù)，MCU 的最短反應(yīng)時(shí)間可以是 1/fs 或 1/2fs。在此期間，電感器中的電流可能會(huì)超過(guò)電源開(kāi)關(guān)的短路電流額定值。
圖 2-11 展示了交流/直流轉(zhuǎn)換器的電壓和電流。從圖 2-11 可以看到，在 0ms 到 19ms 的時(shí)間范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器在標(biāo)稱條件下運(yùn)行，電網(wǎng)電壓等于 400VRMS 且電流從直流傳輸?shù)浇涣?。?19ms 時(shí)，通過(guò)將相電壓降至標(biāo)稱值的 10% 來(lái)模擬了短路事件。在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由于電網(wǎng)和從開(kāi)關(guān)級(jí)施加的電網(wǎng)之間的電壓差，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)中的電流開(kāi)始增加，如圖 2-12 所示。
圖 2-11 交流/直流轉(zhuǎn)換器的電網(wǎng)電壓和電流：交流/直流轉(zhuǎn)換器的短路響應(yīng)
圖 2-12 t = 19.5ms 時(shí)的放大部分（跨度 120μs）：交流/直流轉(zhuǎn)換器的短路響應(yīng)
圖 2-13 t = 19.5ms 時(shí)的 PWM 放大部分（跨度 120μs）：PWM 關(guān)斷行為起初，電流開(kāi)始線性上升是因?yàn)榇判疚达柡?，并且由于電感幾乎恒定，因?di/dt 固定：
其中
- L 是交流/直流級(jí)升壓電流相對(duì)于電流的函數(shù)
- VDC 是發(fā)生故障時(shí)的直流總線電壓
達(dá)到磁芯飽和電流時(shí)，電感值會(huì)顯著下降，導(dǎo)致電流突然增加。當(dāng) L3 相的實(shí)際電流達(dá)到 30A（過(guò)流閾值）時(shí)，MCU 必須能夠盡快檢測(cè)到過(guò)流，因?yàn)?MCU 無(wú)法檢測(cè)到更高的電流，并在電流達(dá)到 60A 以上之前關(guān)斷。根據(jù)仿真結(jié)果，電流需要 4μs 來(lái)達(dá)到臨界值。達(dá)到該時(shí)間后，就關(guān)閉 PWM 信號(hào)，如圖 2-13 所示。
總之，系統(tǒng)必須在 4μs 內(nèi)關(guān)斷，以免損壞電源開(kāi)關(guān)。需要考慮電流檢測(cè)的延遲以及 MCU 和驅(qū)動(dòng)器級(jí)關(guān)斷的延遲?；?MCU 和驅(qū)動(dòng)器級(jí)延遲時(shí)間的典型值，電流傳感器必須提供最大 3.5μs 的延遲。