關(guān)于功率器件的保護(hù)措施

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(lái)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(guò)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(guò)，由于保險(xiǎn)絲中流過(guò)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。

某功率器件

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(guò)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(guò)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;保護(hù)通過(guò)??保險(xiǎn)絲或關(guān)斷電源等方法實(shí)現(xiàn)。

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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)??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(lái)實(shí)施保護(hù)，就能在管子發(fā)生過(guò)流故障后起到一定保護(hù)作用。不過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)檢測(cè)被保護(hù)器件工作時(shí)的電壓來(lái)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(guò)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(wú)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(wú)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(guò)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(guò)載過(guò)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(guò)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(guò)流過(guò)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(guò)流過(guò)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。