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。[page]
图4:门极电流检测以及保护原理图
IGBT元件正常时,当门极电压给定信号从on切换成off后,IGBT门极电流ig数值比较小,具体数值与IGBT元件有关,我们已经掌握了三菱3.3kv/1.2ka大容量IGBT的电流数值以及延时时间。IGBT损坏时门极电流变化以及检出如图5所示。当检测出IGBT有异常时,立即发出脉冲封锁命令,防止故障扩大化。
该方式的优点是检测、封锁时间极短,只有几个微秒,能完全避免IGBT大面积损坏。缺点是在IGBT导通工作时,无法判断其是否异常,只有在IGBT off指令发出时才可以判断IGBT是否自损坏。
图5:IGBT损坏时门极电流变化以及检出
现场改造及效果
原来现场变频器中采用的是门极电压fb监控法。由于脉冲封锁无法快速及时,在某个IGBT损坏时造成其它IGBT大面积损坏,故障损失惨重,必须对现场进行技术改造。
如果采用vce电压监测法对IGBT过电流进行保护,虽然比较成熟和常用,但需要对原变频器大动干戈,主回路要增加很多接线,脉冲放大板的改动量也较大。同时由于原变频器没有太多空间来布线及采取绝缘措施,无论从改造工作量和成本上都不太可行。所以vce电压监测法不适合采用。
采用门极电流ig检测法就方便、简单许多。只要在原变频器IGBT保护功能的基础上进行局部改造,增加IGBT门极电流检测功能即可。这样一旦门极导通电流超过设定值,且经过x微秒左右的延时后,门极电流仍然超过设定值,就判断该IGBT损坏或异常,立刻发出所有IGBT脉冲封锁指令,及时进行有效保护,防止大面积IGBT损坏。
图6:改造后的保护原理
关键字:IGBT 自损快速检测 电压监测 门极电压监控
引用地址:
一种IGBT元件自损快速检测新方法
推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 22:46
英飞凌RC-E系列单管IGBT可直接升级现有设计
2016年10月17日,德国慕尼黑讯 感应加热电器通常采用谐振拓扑结构,需要单管IGBT在18 kHz至40 kHz的开关频率范围内表现出最佳性能。英飞凌科技股份公司(FSE: IFX / OTCQX: IFNNY)推出能够满足这些需求的全新单管IGBT器件。全新RC-E系列的成本和功能经专门优化,可满足高性价比电磁炉和电磁电饭煲的需求。 单片集成逆导二极管 全新RC-E系列IGBT采用单片集成逆导二极管实现谐振开关。这有助于降低器件的开关损耗和导通损耗。更低损耗支持设计师更轻松实现感应加热电器的效率和功率目标,降低功耗,进而降低消费者的使用成本。该系列具备较低的关断损耗(Eoff)、正向压降(VF)、热阻(Rth)和饱和压降
[电源管理]
安森美半导体的全系列IGBT满足汽车、太阳能逆变器、不间断电源、白家电等各类应用需求
安森美半导体是领先的功率器件半导体供应商,提供全面的功率器件,包括MOSFET、IGBT、二极管、宽带隙(WBG)等分立器件及智能功率模块(IPM)等功率模块,尤其在收购Fairchild半导体后,是全球第二大功率分立器件半导体供应商,在IGBT领域有着不可比拟的优势,提供同类最佳的IGBT技术和最宽广的IGBT产品阵容。下面就随电源管理小编一起来了解一下相关内容吧。 安森美半导体在IGBT领域的优势 安森美半导体在功率器件、IGBT、薄晶圆和封装技术方面有强大的知识产权阵容,在全球多地拥有IGBT制造设施,量产点火IGBT具有30年经验,600 V和1200 V沟槽场截止IGBT平台性能已通过分立产品和功率集成模块(PIM
[电源管理]
电压监测装置发挥多重功用
市场趋势使得数字信号处理器 (DSP)、微处理器及现场可程序门阵列 (FPGA) 制造商不断提高时脉频率以达到更高效能,同时也需要降低功耗,这两个相斥的条件造就了多重电轨装置的开发。一般多重电轨装置会有一个 I/O 电压,其功能为输入及输出供电,例如驱动系统总线,与既有逻辑设备进行通讯或点亮 LED。I/O 电压通常为 3.3V 或 5.0V,是电路板上较高的电压之一。一个或多个较低的核心电压会用来驱动装置内的高频率逻辑。低核心电压允许逻辑迅速切换,同时可减少耗电,因为相较于较高电压,它能够降低切换耗损。 这些高效能多重电压装置需要核心电压的紧密公差 (tight tolerance),才能使内部逻辑正确运作,并恰当执行软件程序代
[电源管理]
Power Integrations推出具有温度读数功能的新型SCALE-iFlex LT NTC IGBT/SiC模块门极驱动器
Power Integrations推出具有温度读数功能的新型SCALE-iFlex LT NTC IGBT/SiC模块门极驱动器 SCALE-2技术将流行的100mmx140mm IGBT和SiC半桥功率模块的均流能力提高了20% 德国纽伦堡,PCIM 2023 – 2023年5月9日讯 – 深耕于中高压逆变器应用门极驱动器技术领域的知名公司Power Integrations 今日推出SCALE-iFlex™ LT NTC系列IGBT/SiC模块门极驱动器 。新款门极驱动器适配于流行的100mmx140mm IGBT半桥模块,例如Mitsubishi LV100 和 Infineon XHP 2,以及耐压在23
[电源管理]
汽车点火系统中的智能IGBT设计案例
要产生火花,你所需的器件包括电源、电池、变压器(即点火线圈),以及用于控制变压器初级电流的开关。电子学教科书告诉我们V=Ldi/dt。因此,如果线圈初级绕组中的电流发生瞬间变化(即di/dt值很大),初级绕组上将产生高压。如果该点火线圈的匝比为N,就能按该绕线匝数比放大原边电压。结果是次级上将产生10kV到20kV的电压,横跨火花塞间隙。一旦该电压超过间隙周围空气的介电常数,将击穿间隙而形成火花。该火花会点燃燃油与空气的混合物,从而产生引擎工作所需的能量(图1)。 除柴油机外,所有的内燃机中都有一个基本电路(汽车点火系统)。用于点火线圈充电的开关元件已经历了很大演变:从单个机械开关、分电器中的多个断电器触点,到安装在分电器中
[模拟电子]
英飞凌又亮新技术,硫化氢保护功能延长IGBT模块寿命
耐用性决定了模块在恶劣环境下的使用寿命和可靠性。特别是当暴露于硫化氢(H2S)中时,电子元件的寿命会受到很大的影响。为了应对这一威胁,英飞凌科技股份公司(FSE: IFX / OTCQX: IFNNY)开发出了一项独特的保护功能。采用TRENCHSTOP™ IGBT4芯片组的EconoPACK™+模块是Econo系列中率先具备这一全新保护特性的产品,适用于逆变器应用。硫化氢达到临界水平的恶劣环境在造纸、采矿、废水、石化加工以及橡胶业中尤为常见。 硫化氢对于功率半导体而言,是最具威胁的腐蚀性污染物。IGBT模块在运行期间温度通常会上升形成高温,再加上施加的电压和硫化氢污染,会发生反应生成硫化铜(Cu2S)晶体。这种导电结构会在陶
[半导体设计/制造]
用于功率变换器的IGBT驱动核心电路
除了功率模块以外,每个电力电子系统都还有另外一个关键部件――就是IGBT驱动电路,它们是功率晶体管和控制器之间非常重要的接口电路。因此,选择适当的驱动电路就和逆变器整体方案的可靠性紧密相关。与此同时,驱动电路还应该具备最广泛的系统适应性和用户接口友好性。 例如,在一个电力电子逆变器中,微控制器提供系统正确运行所需要的数字信号。IGBT驱动电路的功能就是将来自于微控制器的信号转换成具有足够功率的驱动信号,来保证IGBTs安全地关断与开通。另一方面,IGBT驱动电路为微控制器和功率晶体管之间的电压提供电气隔离。为了在系统出现故障时功率模块得到正确和有效的保护,保护功能也被集成到驱动电路中上。 因此用于IGBT功率模块上的驱动
[电源管理]
IGBT集成驱动模块的研究
0 引言 随着电力电子技术朝着大功率、高频化、模块化发展,绝缘栅双极品体管(IGBT)已广泛应用于开关电源、变频器、电机控制以及要求快速、低损耗的领域中。IGBT是复合全控型电压驱动式电力电子器件,兼有MOSFET和GTR的优点:输入阻抗高,驱动功率小,通态压降小,工作频率高和动态响应快。目前,市场上500~3000V,800~l800A的IGBT,因其耐高压、功率大的特性,已成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件。 1 驱动保护电路的原则 由于是电压控制型器件,因此只要控制ICBT的栅极电压就可以使其开通或关断,并且开通时维持比较低的通态压降。研究表明,IGBT的安全工作区和开关特性随驱动电路的改变而变化。因此,为
[应用]