一种IGBT元件自损快速检测新方法

2014-09-01 10:26:24来源: eefocus

IGBT元件往往采用多并联形式,因此如果某个IGBT元件发生故障,将会导致并联回路中的大量IGBT损坏。而常用的快速检测方法中或多或少存在着一些无法避免的缺点,因此需要一种新的快速检测法来满足满足IGBT保护的实际要求。

IGBT元件保护几种方法以及优缺点

由于IGBT元件电流、电压能力的限制,在实际使用的大容量传动装置系统中,往往采用多并联形式。如果发生某个IGBT元件击穿等短路故障时,若不及时快速封锁IGBT脉冲,就可能导致并联回路中大量IGBT损坏,扩大故障范围。

在传动装置系统中,进、出线主回路一般都设置有霍尔ct,用于检测主回路电流,并通过主控板的硬件和软件来处理、判断过流情况。如果发出重故障跳闸信号,就要快速封锁脉冲,保护IGBT元件。其优点是对负载引起的过流保护效果比较明显,但缺点是过流检出到脉冲封锁的过程时间太长,需要几个毫秒,而且直流回路的短路也保护不了(实际系统中没有直流回路电流检测ct)。因此,仅靠该保护方式显然不能满足IGBT保护的实际要求。

为此,还必须采取其它的快速检测方法。目前常用的方法有以下几种:

1、IGBT vce电压监测法

这是比较常用的方法。利用集电极电流ic升高时vge或vce也会升高的这一现象,当vge或vce超过设定允许值时,输出信号去封锁IGBT的脉冲。由于vge在发生故障时变化较小,难以掌握,一般较少使用。而vce的变化较大,因此实际中一般常常采用vce监测法来对IGBT进行保护。这种方法的优点是检测灵敏,动作迅速,有效地避免了并联回路IGBT大面积损坏。但这种方法的缺点也比较明显:需要配线,将每个IGBT的集电极与发射极之间的电压信号引入脉冲驱动板。另外由于IGBT关断时,集电极与发射极之间的电压比较高,需要增加脉冲放大板相应的绝缘与电位隔离措施。图1是利用检测集电极与发射极之间电压vce对IGBT进行保护的一个例子。

 



图1:vce电压监测以及保护的原理

2、IGBT门极电压fb监控法

通过监控IGBT元件的门极电压vge来判断IGBT元件是否损坏。如果判断出IGBT元件损坏,立即快速封锁传动装置中的所有IGBT元件,其原理如图2所示。这种方法的优点是结构简单,比较实用。缺点是只有当某个IGBT损坏时才能判断出,对一般的过流不起作用。而且,由于IGBT损坏短路时,因为放大板上电容的作用,门极电压vce变化缓慢,一般需要经过1ms左右的延迟才能正确判断和封锁脉冲,如图3所示。在这期间,并联回路大量IGBT就可能受到损害,扩大了故障范围。

 



图2:门极电压检测以及保护原理图

 



图3:IGBT损坏时门极电压变化及检出

3、一种新型IGBT元件自损快速检测法(即门极电流ig检测法)

当IGBT元件损坏时,门极与发射极之间也被击穿,但由于结电容的作用,门极电压变化缓慢。但根据电路理论i=cdu/dt可知,门极电流ig变化比门极电压vge快得多。因此,可以综合IGBT的门极脉冲指令与门极电流来准确、快速地判断IGBT是否损坏。一旦检测到某个IGBT损坏,立即封锁IGBT脉冲指令,能完全避免并联回路大量IGBT损坏,不会扩大故障范围。具体原理图如图4所示。

[1] [2]

关键字:IGBT  自损快速检测  电压监测  门极电压监控

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0901/article_9422.html
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