大功率电压型逆变器新型组合式igbt过流保护方案

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1、大功率电压型逆变器新型组合式IGBT过流保护方案

2、第13)瞬态过电流IGBT在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外，还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。这种瞬态过电流虽然持续时间较短，但如果不采取措施，将增加IGBT的负担，也可能会导致IGBT失效。4）过电压造成集电极发射极击穿。5）过电压造成栅极发射极击穿。2．2IGBT保护方法当过流情况出现时，IGBT必须维持在短路安全工作区（SCSOA）内。IGBT承受短路的时间与电源电压、栅极驱动电压以及结温有密切关系。为了防止由于短

3、路故障造成IGBT损坏，必须有完善的故障检测与保护环节。一般的检测方法分为电流传感器和IGBT欠饱和式保护。1）封锁驱动信号在逆变电源的负载过大或输出短路的情况下，通过逆变桥输入直流母线上的电流传感器进行检测。当检测电流值超过设定的阈值时，保护动作封锁所有桥臂的驱动信号。这种保护方法最直接，但吸收电路和箝位电路必须经特别设计，使其适用于短路情况。这种方法的缺点是会造成IGBT关断时承受应力过大，特别是在关断感性超大电流时，必须注意擎住效应。2）减小栅压IGBT的短路电流和栅压有密切关系，栅压越高，短路时电流就越大。在短路或瞬态过流情况

4、下若能在瞬间将vGS分步减少或斜坡减少，这样短路电流便会减小下来，当IGBT关断时，di/dt也减小。集成驱动电路如EXB841或M579xx系列都有检测vCES电路，当发现欠饱和时，栅压箝位到10V左右，增大vCES，限制过电流幅值，延长允许过流时间。短路允许时间tsc和短路电流Isc同栅极电压vG的关系如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">3整流拉逆变式组合保护方案3．1逆变部分保护本设计逆变器为半桥式结构，串联谐振负载，驱动采用IR公司的IR2110半桥驱动芯片。IR2110电路简单，成本低，适用于

5、中大功率IGBT，实验结果也验证了IR2110驱动中大功率IGBT的可行性。IR2110芯片有一个封锁两路驱动的SD输入端，当此引脚为高电平时，立刻封锁两路输出，如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">电压型逆变器引起短路故障的原因有：1）直通短路桥臂中某一个器件（包括反并二极管）损坏；或由于控制电路，驱动电路的故障，以及干扰引起驱动电路误触发，造成一个桥臂中两个IGBT同时开通。2）负载电路短路在某些升压变压器输出场合，副边短路的情况。3）逆变器输出直接短路图4给出了保护电路框图。直通保护电路必须有非常快

6、的速度，在一般情况下，如果IGBT的额定参数选择合理，10μs之内的过流就不会损坏器件，所以必须在这个时间内关断IGBT。母线电流检测用霍尔传感器，响应速度快，是短路保护检测的最佳选择。比较器用LM319，检测值与设定值比较，一旦超过，马上输出保护信号封锁驱动。同时用触发器构成记忆锁定保护电路，以避免保护电路在过流时的频繁动作。外接的复位电路也不可缺少。500)this.style.ouseg(this)">3．2整流部分保护对于大功率电压型逆变器，为了改善进线电流波形，一般在直流母线上串有滤波电感，如图5所示。由于电感的存在，当逆变

7、电路一旦停止工作，如果整流电路仍处在整流状态，则电感中的能量将向电容释放，在逆变保护动作瞬间电容将承受一个很高的过冲电压，若不采取措施，可能会直接导致电容过压损坏。尤其在负载电流很高，L中储能很大时，更加危险。500)this.style.ouseg(this)">假设逆变关断时滤波电感中的电流全部从电容C中流过，同时整流器继续输出电压Ud。图6给出了等效电路，L与C串联谐振，由于整流桥电流只能单向流通，所以振荡到T/4时结束。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)

8、">可见在谐振到1/4周期时，电容上的电压达到最大值，之后谐振停止。500)this.style.ouseg(this)">电容上最后电压与母线电流，电感及电容有关。在我们试验用的10kes.IEEETransactionsonapplications,1995,31(2).[2]张立，黄两一.电力电子场控器件及其应用.北京，机械工业出版社.