Zur Bewertung der maximalen Latenz, die vom Wechselstrom/Gleichstrom zum sicheren Abschalten benötigt wird, wurden Systemsimulationen unter Anwendung der folgenden Bedingungen durchgeführt:

• DC-Bus-Spannung bei maximaler Nennspannung (800 V)
• Wandler mit Nennstrom (16 A_RMS)
• Eingespeiste Kurzschlussschaltung, wenn der maximale Strom einer Phase entladen wird
• Keine lineare Induktivität von Aufwärtsspulen mit Fluss-/Stromprofil von weichmagnetischen Materialien; die Induktivität gegenüber Strom wird für 11 kW-AC/DC optimiert, und die Induktivität sinkt nach Erreichen der Sättigung auf 30 % des Sollwerts ab
• Der Überstromschwellenwert der Strommessung in Punkt B ist auf 30 A (93,7 % des Messbereichs) eingestellt
• Auf Grundlage der verfügbaren Datenblätter der in 11 kW-Anwendungen verwendeten Leistungskomponenten wurde ein maximal zulässiger Strom von 60 A ausgewählt

Bei einem Kurzschluss im Stromnetz schaltet der Wandler noch, was zu unkontrollierten Strömen führt. Da der Fehler plötzlich auftritt, bleibt der MCU nicht genügend Zeit, um die Tastverhältnisse zu aktualisieren und zu korrigieren. PWM-Aktualisierungen erfolgen in der Regel mit einer festen Frequenz (in diesem Beispiel 70 kHz oder alle 14.2 μs). Durch die Anwendung von Aktualisierungsverfahren mit einer oder zwei Aktualisierungen kann die minimale Reaktionszeit der MCU 1/fs oder 1/2FS sein. Innerhalb dieser Zeit kann der Strom im Induktor den Kurzschlussstrom des Leistungsschalters überschreiten.

Abbildung 2-11 Zeigt die Spannung und die Ströme des AC/DC-Wandlers. Abbildung 2-11 zeigt, dass der Wandler im Zeitrahmen zwischen 0ms und 19ms im Nennzustand mit einer Netzspannung von 400 V_RMS und einem vom Gleichstrom in den Wechselstrom übertragenen Strom arbeitet. Bei 19 ms wird ein Kurzschlussereignis simuliert, indem die Phasenspannung auf 10 % des Sollwerts abgesenkt wird. Gleichzeitig zum Netzfehler beginnen die Ströme im Schaltknoten aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen dem Netz und dem von der Schaltstufe angelegten Strom zu steigen, wie in dargestellt Abbildung 2-12.

Abbildung 2-11 Netzspannungen und -Ströme von AC/DC-Wandlern: Kurzschlussverhalten des AC/DC-Wandlers

Abbildung 2-12 Vergrößerter Teil bei t = 19,5 ms (Spanne 120 μs): Kurzschlussverhalten des AC/DC-Wandlers

Abbildung 2-13 Vergrößerter Teil der PWM bei t = 19,5 ms (Spanne 120 μs): PWM-Abschaltverhalten

Zu Beginn ist der Stromanstieg linear, weil der Kern nicht gesättigt ist und einem festen di/dt folgt, da die Induktivität nahezu konstant ist:

Wo

• L ist der AC/DC-Aufwärtsstrom in Funktion des Stroms
• V_DC ist die DC-Busspannung zum Zeitpunkt des Fehlers

Wenn der Sättigungsstrom des Kerns erreicht ist, fällt die Induktivität erheblich ab, was zu einem plötzlichen Anstieg des Stroms führt. Wenn der tatsächliche Strom in Phase L3 30 A erreicht (Überstromschwelle), muss die MCU den Überstrom so schnell wie möglich erkennen können, da die MCU höhere Ströme nicht erkennen kann, und schaltet ab, bevor der Strom einen Pegel von über 60 A erreicht. basierend auf den Simulationsergebnissen benötigt der Strom 4 μs, um den kritischen Wert zu erreichen. Schalten Sie nach Erreichen dieses Zeitpunkts die PWM-Signale aus, wie dargestellt in Abbildung 2-13.

Abschließend muss das System innerhalb von 4 µs abgeschaltet werden, um eine Beschädigung der Leistungsschalter zu vermeiden. Berücksichtigen Sie die Latenz der Strommessung zusammen mit denen der MCU und der Abschaltung der Treiberstufe. Basierend auf typischen Werten der Latenzzeit der MCU- und Treiberstufe muss der Stromsensor eine maximale Latenzzeit von 3.5 µs bieten.