大功率IGBT短路保护机理的分析.pdf

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1、ELECTRICDRIVE2015Vol.45No.3电气传动2015年第45卷第3期大功率IGBT短路保护机理的分析柳舟洲，同向前（西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048）摘要：简述了大功率IGBT短路保护的类型，从IGBT器件本身的输出特性出发，分析了退饱和检测法在短路保护电路中的应用，指出了IGBT的短路承受能力。以CONCEPT公司的SCALE驱动器为例，通过桥臂直通和桥臂相间短路的实验，证实了IGBT退饱和检测法在大功率IGBT短路保护中的有效性，并且对两类短路保护的有效性进行了对比。关键词：退饱和检测；短路特性；短路保护；IGBT中图分类号：TM921文献标识码：A

2、AnalysisoftheShortCircuitProtectionMechanismofHighPowerIGBTDeviceLIUZhou⁃zhou，TONGXiang⁃qian（FacultyofAutomationandInformationEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，Shaanxi，China；）Abstract:ThetypesofhighpowerIGBTshortcircuitprotectionwasexpounded.Itanalyzedthedesaturationdetectioninthea

3、pplicationofshortcircuitprotectioncircuitfromtheoutputcharacteristicoftheIGBTdeviceitselfandpointedouttheshortcircuitabilityofIGBT.TheexperimentsofthearmshootthroughandphasetophaseshortcircuitwiththeCONCEPTofSCALEdriverthatconfirmtheeffectivenessofdesaturationdetectioninthehighpowerIGBTshortcircuitp

4、rotection.Theeffectivenessofthetwokindsofshortcircuitprotectioniscomparedalso.Keywords:desaturationdetection；shortcircuitcharacteristic；shortcircuitprotection；insulatedgatebipolartransistor（IGBT）前馈控制Vge来降低关断过电压。文献［2］中指出1引言了退饱和检测法在中点钳位三电平拓扑中应用随着全控型器件IGBT的不断发展及功率等的问题。从大功率实际应用方面看，目前关于短级的显著提高，其应用领域也日益广泛

5、。无论是路保护的论述还不够详尽。本文首先对大功率传统的牵引传动行业，还是迅猛发展的新能源行IGBT短路类型进行分类，在论述退饱和检测原业以及近年快速发展的柔性直流输电，无不对理的基础上，通过大电流短路实验波形的分析，IGBT器件及其应用提出更高的要求。IGBT失阐明了退饱和检测的保护动作过程，证实了基于效的影响因素一般分为4类：栅极过电压、集射极退饱和检测原理的短路保护方法的有效性。过电压及其变化率；集电极过电流及电流变化2大功率IGBT短路保护的类型率；功率周次循环超限及过温等。从保护的角度来看，桥臂直通短路造成的集电极过电流保护尤从传统的电压源换流器电路拓扑来看，IGBT［1-2］为重要。

6、短路保护通常采用退饱和检测法，文的短路模式主要分为上下桥臂直通、桥臂相间短献［1］中利用退饱和法检测到短路信息后，通过路、桥臂对地短路3种。短路造成的危害程度主基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20126118110009）；陕西省重点学科建设专项基金项目（105-5X1301）作者简介：柳舟洲（1986-），男，硕士研究生，Email：liuzhouzhou2008@163.com77电气传动2015年第45卷第3期柳舟洲，等：大功率IGBT短路保护机理的分析要取决于短路电流Isc上升速率。明，此处不再赘述。当桥臂直通时，由于IGBT模块内部的寄生电感极小，在nH级，所以Is

7、c上升很快，短路发生在IGBT由关断状态刚进入到开通状态，Isc迅速［3］上升到一定数值，Vce由母线电压刚下降一点，又迅速上升到母线电压，Vce迅速上升的过程为IG-BT退饱和的过程，此类短路为Ⅰ类短路。当桥臂相间短路、桥臂对地短路时，由于外电路μH级大电感的存在，使得Isc上升相对于Ⅰ类图1IGBT的I/V输出特性曲线短路较慢，但相对于过流却快很多。短路发生在Fig.1TheI/Vcharac