2.1 快速开关整体方案

为了满足未来对于快速静态开关发展的需求，所以研究了未来快速多功能开关的整体方案。

其结构框图如图2.1所示。

图2.1 快速开关的整体结构框图

方案中主体部分由功率开关所构成的主电路断路器构成，用于两个三相电网的母线之间的连接，最主要的特点是快速性和可靠性。隔离开关分别位于断路器的两端，其主要作用是用于日常的维护工作和二次保护线路。该主电路中还包含了几个辅助装置：门极驱动装置、缓冲装置、冷却及保护装置等。

该系统直接检测功率开关管上的电压以判断短路故障，即直接通过驱动装置迅速反应而不通过软件处理，实现对开关管的软关断。同时为避免驱动装置短路保护阀值较高的限制，又通过电压电流传感器等设备对电网母线上的电流和电压的状况进行采样，AD转换至DSP 中进行检测处理，实时监测线路中是否发生过流、过压、断路、短路等故障，DA转换给控制电路，主要用于控制开关管的关断与开通。

此外，该系统设计了与之匹配的通信系统，包括由PLC和DSP2812软件构成的串行通信系统(Serial Communication Interface)，即SCI，以及由CAN(Controller Area Network)和DSP2812 软件之间的通信系统。其中DSP2812与PLC之间的通信允许用户发送一些操作指令，对断路器和隔离开关等进行多种功能的控制，比如正常开通、关断，定时开通、关断，定相开通关断等等，使系统的控制更加智能化和人性化。文献综述

2.2 IGBT驱动保护原理

IGBT(Insulated Gate Bipo1ar Transistor)是由MOSFET与GTR组成的复合器件，是用以取代GTR的理想开关器件[8]。绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路主要用于链接电力电子主电路与控制电路，也是电力电子装置的重要组成部分，其性能优劣影响了整个装置的工作性。

IGBT 的栅极电阻RG和反向驱动电压VGG-是可以通过控制IGBT的开关速度来改变固态断路器的开断特性。从图2.3可以看出，在栅极与发射极之间是等效电容CGE，它同反向驱动电压VGG-和栅极电阻RG一同构成了RC一阶电路。

栅极电容充放电时间常数τ=RGCGE对IGBT的开关速度起着至关重要的作用，将直接影响其开关速度，栅极电阻RG与充放电时间常数τ有正相关的关系，而固态断路器开断时栅极电压降低的速度与固态断路器的开断过程成反比关系，速度越慢，过程越长，从而|diC/dt|将减小，线路电感LK的感应过电压u=-LK·di / dt也会随着开断过程的延长而减小。从而归纳为，通过增大栅极电阻RG可以有效的抑制IGBT在开断过程中的过电压。来.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

另外，如果栅极电阻RG逐渐变大，那么将会导致开断正常负荷电流或过载电流时的开断延时td的增加，从而会造成固态断路器不能及时准确的开断电流；然而，当固态断路器处于开断短路电流的时候，因为此时的IGBT正处在放大区，故不会存在开断延迟。所以，基于IGBT的固态断路器在开断电流时所需采取想对应的策略需根据不同的故障类型进而分情况进行讨论。

图2.3 IGBT的充放电等效电路

3 采样电路和驱动保护电路的软件仿真

3.1 采样电路仿真验证

电压检测调理电路仿真:在Saber系统仿真的环境中搭建电压检测调理原理的电路所对应的仿真电路图如图3.1，得出的电压波形如图3.2 。

图3.1 电压检测调理电路仿真原理图

图3.2 电压检测调理电路仿真波形图

图中可以清晰的看出输出电压比输入电压的一半还要高1.5V左右，输出电压大约在0-2.5V之间。 FREEDM电网快速开关的硬件本体的设计研究(3):http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_73070.html