ZHCAE33 December 2022 AMC1202 , AMC1302 , AMC1306M05 , AMC22C11 , AMC22C12 , AMC23C10 , AMC23C11 , AMC23C12 , AMC23C14 , AMC23C15 , AMC3302 , AMC3306M05
2.2.2.1 故障分析：電網短路
為了評估交流/直流級安全關斷所需的最大延遲，我們通過應用以下條件進行了系統仿真：
- 將直流總線電壓設置為最大額定電壓 (800V)
- 轉換器在標稱電流 (16ARMS) 下工作
- 當消耗某個相位的最大電流時觸發短路
- 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系；電感與電流的關系針對 11kW 交流/直流級進行了優化，并且在達到飽和時，電感會降至標稱值的 30%
- B 點處電流檢測的過流閾值設置為 30A（測量范圍的 93.7%）
- 根據 11kW 應用中所用電源元件的數據表，選擇了 60A 的最大允許電流
當電網發生短路時，轉換器仍在開關，從而導致電流不受控制。由于故障突然發生，MCU 沒有足夠的時間來更新和糾正占空比。PWM 更新通常以固定頻率進行（本例中為 70kHz，即每 14.2μs 一次）。通過采用單次和雙次更新刷新技術，MCU 的最短反應時間可以是 1/fs 或 1/2fs。在此期間，電感器中的電流可能會超過電源開關的短路電流額定值。
圖 2-11 展示了交流/直流轉換器的電壓和電流。從圖 2-11 可以看到，在 0ms 到 19ms 的時間范圍內，轉換器在標稱條件下運行，電網電壓等于 400VRMS 且電流從直流傳輸到交流。在 19ms 時，通過將相電壓降至標稱值的 10% 來模擬了短路事件。在電網發生故障時，由于電網和從開關級施加的電網之間的電壓差，開關節點中的電流開始增加，如圖 2-12 所示。
圖 2-11 交流/直流轉換器的電網電壓和電流：交流/直流轉換器的短路響應
圖 2-12 t = 19.5ms 時的放大部分（跨度 120μs）：交流/直流轉換器的短路響應
圖 2-13 t = 19.5ms 時的 PWM 放大部分（跨度 120μs）：PWM 關斷行為起初，電流開始線性上升是因為磁芯未飽和，并且由于電感幾乎恒定，因此 di/dt 固定：
其中
- L 是交流/直流級升壓電流相對于電流的函數
- VDC 是發生故障時的直流總線電壓
達到磁芯飽和電流時，電感值會顯著下降，導致電流突然增加。當 L3 相的實際電流達到 30A（過流閾值）時，MCU 必須能夠盡快檢測到過流，因為 MCU 無法檢測到更高的電流，并在電流達到 60A 以上之前關斷。根據仿真結果，電流需要 4μs 來達到臨界值。達到該時間后，就關閉 PWM 信號，如圖 2-13 所示。
總之，系統必須在 4μs 內關斷，以免損壞電源開關。需要考慮電流檢測的延遲以及 MCU 和驅動器級關斷的延遲。基于 MCU 和驅動器級延遲時間的典型值，電流傳感器必須提供最大 3.5μs 的延遲。