在电路规划中总会存在着一些不稳定要素，而用来避免此类不稳定要素影响电路作用的回路称作维护电路。比方有过流维护、过压维护、过热维护、空载维护、短路维护等。
TOP1 继电器维护电路规划盘点
光耦亦称光电阻隔器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为前言来传输电信号的器材，一般把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器宣布光线，受光器接受光线之后就发生光电流，从输出端流出，然后完成了“电—光—电”转化。以光为前言把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，该电路选用的是全桥拓扑经过高频变压器转化再整流，试验项目是三相进线15V/6KA输出。其间，主回路的维护规划及报警规划是必不可少的。我首要想到的是，经过单片机输出操控继电器动作，并且因为抗搅扰的要求，我有必要经过光耦阻隔。。于是乎，光耦阻隔继电器维护电路规划应需而生。
首要电路规划如下图：
该继电维护首要阻隔运用的是TI公司出产的TIL117光耦芯片。该芯片无需供电，经过光耦二极管上拉15V电源输出15mA即可正常作业，有用阻隔了输出侧对主回路的电磁影响。别的该电路还有一个+24V供电电源，大部分继电器规划的时分都需求24V，该电源规划图如下：
该电路首要的稳压芯片选用的是出产规划的UA7824芯片，该芯片输入电压可调规模宽，稳压性能好，功耗低价格低廉。在继电器电路规划的图纸中，稳压电源我大部分是用的这个芯片。
电热水器缺水维护报警电路
现在，林林总总的电热水器，正逐渐涌入人们的家庭。各种非高级的电热水器多是加热元件在水中运用，意图是凭借水的散热作用使其加热温度不超越 100℃，不然将使加热元件烧坏，故在这类电热水器的外壳上，均标示夺目“先灌水后通电”的字样。但有时人们洗完澡后忘关了电源，或许运用中过早封闭水源，把箱体内的水用完烧干，便构成了加热元件损坏的现象。电热水器保安设备，正是为避免热水器因缺水而烧损加热元件而规划的。当电源接通箱体内供水正常时，电热水器安全作业；若箱体内水位低于电加热元件，而又不能持续灌水时，当即中止热水器的供电，并宣布告警动静与灯火，提示运用者应该向热水器中灌水，不然电热水器的电源不通。
电路作业原理
电热水器保安设备的电路原理，如图1所示，它是由水位检测开关电路和报警发声显现电路所组成的。
图中，由三极管BG1、BG2、继电器J及水位检测针组成；电容器C2、氖泡和压电陶瓷片HTD组成报警发声与灯火显现电路。
220V交流电源电容C1降压，二极管D半波整流后，供应BG1、BG2管组成的开关电路。当检测水位高于检测针的方位时，水位检测针因淹没在水中，使BG1、BG2管的基极与发射极短接，导致BG1、BG2管截止，继电器J不动作，其常闭触点J1接通热水器的电源插座电源，常开触点断开报警声光电路；当箱体内的水位低于水位检测针时，因为BG1、BG2管的基极同发射极断开，则BG1、BG2管当即导通，继电器J动作，常闭触点断开热水器插座电源，中止供电，常开触点闭合，接通报警声光电路的电源，宣布声光告警。
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TOP2 MSP430电力体系微机维护电路
微机维护的硬件由数据收集体系、CPU主体系、开关量输入输出体系等组成。全体原理图如图1所示。一般整套硬件是用独自的专用机箱拼装的。
数据收集体系硬件组成
数据收集体系又称模拟量输入体系，它的作用是将互感器次侧输出的电压、电流等模拟量经过阻隔、采样、A／D转化等过程转化为核算机能接受与辨认的数字量，然后经过CPU主体系进行数据处理与运算，开关量输出输入体系的作用首要是输出跳闸、信号等信息。本文的设备共有8路数据收集输入，其间的一路见图2。该体系中，共有3个部分组成：互感器与改换器、低通有源滤波器、限压电路。互感器与改换器别离包含电流和电压。互感器的作用是收集母线上的电流和电压，并将其转化成单片机可接受的电流和电压值。这儿挑选CS- TA1型互感器，一般将二次侧的电流值变为5 A。别的，因为要求完成零序维护，将B相的电流互感器设定为零序互感器。电流改换器是将互感器的二次侧电流再一次改换。MSP430F1611所接纳的电压最大值为3．3 V，但作为维护电路，要考虑到瞬时脉冲电流的最大值或许远大于均匀值，所以规划的电路能够使单片机接受正常电流20倍以上的冲击。
电网上收集的电流电压有高次谐波，不利于软件求出电流均匀值，因而要参加低通有源滤波器，见图3。
图3中，Vo：Vi=1+R7／R6，能够选R6=400 Ω，R，=240 Ω。该有源滤波器的特征频率叫ωn=1／（RC）。关于工频为50 Hz的交流电，采样频率f=600 Hz。依据香农采样定理，取R8=4 kΩ，C1=1μF，能够到达滤波的功用。别的，滤波器的地与单片机的地是共同的。因为MSP430F1611的容许电压是3．3 V，而电网电流或许发生瞬时脉动而构成单片机的焚毁，因而要有一限压电路。如图4所示。
图4中，因二极管的存在，输入A／D转化器的电压被约束在3．3 V以下。一起两个电阻发生分压作用。当电压过高，会使二极管导通，输入A／D转化器的电压会箝制在3．3 V。CMSP430系列单片机是由美国德州仪器规划开发的。这是一种具有超低功耗特性、功用强大的单片机。它具有处理才干强，运转速度快，功耗低一级长处。对微机维护设备的开关量输入／输出，即接点状况的输入／输出能够分为两类：设备在设备面版上的接点；从设备外部经过端子排引进设备的接点。维护模块不只要有维护设备，还要与丈量显现模块完成异步通讯。要从丈量显现模块得到设定值及从自身得到闸刀的开关状况，有必要要有开关量的输入输出。从其他模块得到的开关量直接接在P3口上，而自身得到的开关量需求有开关量输入电路。
TOP3 开关量输入电路
图5中，开关量经过光电阻隔后与CPU相连。其间，当输人端为高电平时，输出端为低电平。
开关量输出电路
开关量输出电路是跳闸合闸信号的通道，低电平有用，如图6所示。
IGBT维护电路的过流维护规划方案
出产厂家对IGBT供给的安全作业区有严厉的约束条件，且IGBT接受过电流的时刻仅为几微秒（SCR、GTR等器材接受过流时刻为几十微秒），耐过流量小，因而运用IGBT首要留意的是过流维护。发生过流的原因大致有：晶体管或二极管损坏、操控与驱动电路毛病或搅扰等引起误动、输出线接错或绝缘损坏等构成短路、输出端对地短路与电机绝缘损坏、逆变桥的桥臂短路等。
对IGBT的过流检测维护分两种状况：（1）驱动电路中无维护功用。这时在主电路中要设置过流检测器材。关于小容量变频器，一般是把电阻R直接串接在主电路中，如图1（a）所示，经过电阻两头的电压来反映电流的巨细;关于大中容量变频器，因电流大，需用电流互感器TA（如霍尔传感器等）。电流互感器所接方位：一是像串电阻那样串接在主回路中，如图1（a）中的虚线所示;二是串接在每个IGBT上，如图1（b）所示。前者只用一个电流互感器检测流过IGBT的总电流，经济简略，但检测精度较差;后者直接反映每个IGBT的电流，丈量精度高，但需6个电流互感器。过电流检测出来的电流信号，经光耦管向操控电路输出封闭信号，然后关断IGBT的触发，完成过流维护。
图1 IGBT的过流检测
（2）驱动电路中设有维护功用。如日本英达公司的HR065、富士电机的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，是集驱动与维护功用于一体的%&&&&&%（称为混合驱动模块），其电流检测是使用在某一正向栅压 Uge下，正导游通管压降Uce（ON）与集电极电流Ie成正比的特性，经过检测Uce（ON）的巨细来判别Ie的巨细，产品的可靠性高。不同类型的混合驱动模块，其输出才干、开关速度与du/dt的接受才干不同，运用时要依据实践状况恰当选用。因为混合驱动模块自身的过流维护临界电压动作值是固定的（一般为7～10V），因而存在着一个与IGBT合作的问题。一般选用的办法是调整串联在 IGBT集电极与驱动模块之间的二极管V的个数，如图2（a）所示，使这些二极管的通态压降之和等于或略大于驱动模块过流维护动作电压与IGBT的通态饱满压降Uce（ON）之差。
图2 混合驱动模块与IGBT过流维护的合作
上述用改动二极管的个数来调整过流维护动作点的办法，尽管简略有用，但精度不高。这是因为每个二极管的通态压降为固定值，使得驱动模块与IGBT集电极c之间的电压不能接连可调。在实践作业中，改善办法有两种：（1）改动二极管的类型与个数相结合。例如，IGBT的通态饱满压降为2.65V，驱动模块过流维护临界动作电压值为 7.84V时，那么整个二极管上的通态压降之和应为7.84-2.65=5.19V，此刻选用7个硅二极管与1个锗二极管串联，其通态压降之和为 0.7&TImes;7+0.3&TImes;1=5.20V（硅管视为0.7V，锗管视为0.3V），则能较好地完成合作（2）二极管与电阻相结合。因为二极管通态压降的差异性，上述改善办法很难准确设定IGBT过流维护的临界动作电压值假如用电阻替代1～2个二极管，如图2（b），则可做到准确合作。
TOP4 过压/过热维护电路规划
别的，因为同一桥臂上的两个IGBT的操控信号堆叠或开关器材自身延时过长等原因，使上下两个IGBT直通，桥臂短路，此刻电流的上升率和浪涌冲击电流都很大，极易损坏IGBT 为此，还能够设置桥臂互锁维护，如图3所示。图顶用两个与门对同一桥臂上的两个IGBT的驱动信号进行互锁，使每个IGBT的作业状况都互为另一个 IGBT驱动信号可否经过的约束条件，只要在一个IGBT被承认关断后，另一个IGBT才干导通，这样严厉避免了臂桥短路引起过流状况的呈现。
图3 IGBT桥臂直通短路维护
过压维护
IGBT在由导通状况关断时，电流Ic忽然变小，因为电路中的杂散电感与负载电感的作用，将在IGBT的c、e两头发生很高的浪涌尖峰电压 uce=L dic/dt，加之IGBT的耐过压才干较差，这样就会使IGBT击穿，因而，其过压维护也是十分重要的。过压维护能够从以下几个方面进行：
（1）尽或许削减电路中的杂散电感。作为模块规划制造者来说，要优化模块内部结构（如选用分层电路、缩小有用回路面积等），削减寄生电感; 作为运用者来说，要优化主电路结构（选用分层布线、尽量缩短联接线等），削减杂散电感。别的，在整个线路上多加一些低阻低感的退耦电容，进一步削减线路电感。所有这些，关于直接削减IGBT的关断过电压均有较好的作用。（2）选用吸收回路。吸收回路的作用是;当IGBT关断时，吸收电感中开释的能量，以下降关断过电压。常用的吸收回路有两种，如图4所示。其间（a）图为充放电吸收回路，（b）图为钳位式吸收回路。关于电路中元件的选用，在实践作业中，电容c选用高频低感圈绕聚乙烯或聚丙烯电容，也可选用陶瓷电容，容量为2 F左右。%&&&&&%量选得大一些，对浪涌尖峰电压的按捺好一些，但过大会遭到放电时刻的约束。电阻R选用氧化膜无感电阻，其阻值确实定要满意放电时刻显着小于主电路开关周期的要求，可按R≤T/6C核算，T为主电路的开关周期。二极管V应选用正向过渡电压低、逆向康复时刻短的软特性缓冲二极管。
（3）恰当增大栅极电阻Rg。实践证明，Rg增大，使IGBT的开关速度减慢，能显着削减开关过电压尖峰，但相应的增加了开关损耗，使 IGBT发热增多，要合作进行过热维护。Rg阻值的挑选原则是：在开关损耗不太大的状况下，尽或许选用较大的电阻，实践作业中按Rg=3000/Ic 选取。
图4 吸收回路
除了上述削减c、e之间的过电压之外，为避免栅极电荷堆集、栅源电压呈现尖峰损坏 IGBT，可在g、e之间设置一些维护元件，电路如图5所示。电阻R的作用是使栅极堆集电荷泄放，其阻值可取4.7kΩ;两个反向串联的稳压二极管V1、 V2。是为了避免栅源电压尖峰损坏IGBT。
图5 防栅极电荷堆集与栅源电压尖峰的维护
过热维护
IGBT 的损耗功率首要包含开关损耗和导通损耗，前者随开关频率的增高而增大，占整个损耗的首要部分;后者是IGBT操控的均匀电流与电源电压的乘积。因为 IGBT是大功率半导体器材，损耗功率使其发热较多（尤其是Rg挑选偏大时），加之IGBT的结温不能超越125℃，不宜长时间作业在较高温度下，因而要采纳恰当的散热办法进行过热维护。
修改点评：在实践作业中，选用一般散热器与逼迫风冷相结合的办法，并在散热器上设备温度开关。当温度到达75℃～80℃时，经过 SG3525的封闭信号中止PMW 发送操控信号，然后使驱动器封闭IGBT的开关输出，并予以关断维护。过电流检测是使用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监督它的电压降，当电压降超越设定值时就中止放电，在电路中一般还加有延时电路，以区别浪涌电流和短路电流。本文介绍了各种维护电路，供读者品读。
