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基于两级dt检测IGBT模块短路策略

时间:2018-08-07 09:43  来源:www.vsncg.com  作者:亚盛国际  

  为了解决传统VCE在检测大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的短路故障时存在的问题,在分析了IGBT短路特性的基础上,提出了一种基于两级电流变化率(di/dt)检测IGBT两类短路故障的策略。该策略可以使驱动器更早地采取保护措施,限制IGBT的短路电流和短路功耗,减小关断尖峰电压。

  传统使用VCE进行短路检测时,因需兼顾检测一类短路和二类短路的需要,VCE需要较高的阈值,这使得驱动器只能在IGBT退饱和时的VCE快速上升阶段检测到IGBT的短路状态。利用两级di/dt分别检测两类短路,会在VCE检测盲区时间内就检测到两类短路状态。因此,无论是一类短路还是二类短路,利用两级di/dt检测短路的方法,通过设置合适的检测阈值,都拥有更快的检测速度从而最佳地保护IGBT模块。

  需要注意的是两级di/dt分别检测IGBT模块的两类短路需配合适当的软关断电路才能发挥其快速检测IGBT模块短路的优势。当驱动器快速检测到IGBT发生短路后不能立即直接关断IGBT模块,因为此时电流还在不断上升,如果直接关断IGBT模块将会产生非常高的电压尖峰,会危及IGBT的安全。若使用硬关断,则需等待VCE上升至母线电压方可动作;若使用软关断,可立即动作,缓慢降低门极电压,电流会逐渐降低,此时VCE上升速率会加快,但产生的过压会非常小。

  为验证本文所设计的短路检测策略较传统短路检测方法的优越性,使用3 300 V/1 200 A IGBT模块进行短路实验[5],在实验中将母线(a)为一类短路测试原理图,电网电压经过调压器和整流桥,将母线 V,上管IGBT的门极被-15 V关断,且用粗短的铜排将其短路。对下管的IGBT释放一个12 s的单脉冲,直通就形成一类短路。图3(b)为二类短路测试原理图,将母线 V,上管IGBT的门极被-15 V关断,且给上管并联一个4 H的电感作为负载,下桥臂通过IGBT驱动器释放一个15 s的单脉冲就形成二类短路。

  图4为传统使用VCE检测短路的波形。VCE检测阈值为4 V,短路检测盲区时间8 s。图4(a)为一类短路的测试波形,由图可知,验证所用IGBT模块发生一类短路后开通4 s时电流上升到最大值6.12 kA,短路持续时间约8 s,短路损耗约60 J。图4(b)为二类短路测试波形,由波形可知,发生二类短路后开通约14 s电流上升到最大值6.80 kA,短路损耗约12 J。

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TAGS: igbt模块原理图(2)
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