一種IGBT元件自損快速檢測新方法

IGBT元件往往采用多并聯(lián)形式，因此如果某個IGBT元件發(fā)生故障，將會導(dǎo)致并聯(lián)回路中的大量IGBT損壞。而常用的快速檢測方法中或多或少存在著一些無法避免的缺點，因此需要一種新的快速檢測法來滿足滿足IGBT保護(hù)的實際要求。

IGBT元件保護(hù)幾種方法以及優(yōu)缺點

由于IGBT元件電流、電壓能力的限制，在實際使用的大容量傳動裝置系統(tǒng)中，往往采用多并聯(lián)形式。如果發(fā)生某個IGBT元件擊穿等短路故障時，若不及時快速封鎖IGBT脈沖，就可能導(dǎo)致并聯(lián)回路中大量IGBT損壞，擴(kuò)大故障范圍。

在傳動裝置系統(tǒng)中，進(jìn)、出線主回路一般都設(shè)置有霍爾ct，用于檢測主回路電流，并通過主控板的硬件和軟件來處理、判斷過流情況。如果發(fā)出重故障跳閘信號，就要快速封鎖脈沖，保護(hù)IGBT元件。其優(yōu)點是對負(fù)載引起的過流保護(hù)效果比較明顯，但缺點是過流檢出到脈沖封鎖的過程時間太長，需要幾個毫秒，而且直流回路的短路也保護(hù)不了（實際系統(tǒng)中沒有直流回路電流檢測ct）。因此，僅靠該保護(hù)方式顯然不能滿足IGBT保護(hù)的實際要求。

為此，還必須采取其它的快速檢測方法。目前常用的方法有以下幾種：

1、IGBT vce電壓監(jiān)測法

這是比較常用的方法。利用集電極電流ic升高時vge或vce也會升高的這一現(xiàn)象，當(dāng)vge或vce超過設(shè)定允許值時，輸出信號去封鎖IGBT的脈沖。由于vge在發(fā)生故障時變化較小，難以掌握，一般較少使用。而vce的變化較大，因此實際中一般常常采用vce監(jiān)測法來對IGBT進(jìn)行保護(hù)。這種方法的優(yōu)點是檢測靈敏，動作迅速，有效地避免了并聯(lián)回路IGBT大面積損壞。但這種方法的缺點也比較明顯：需要配線，將每個IGBT的集電極與發(fā)射極之間的電壓信號引入脈沖驅(qū)動板。另外由于IGBT關(guān)斷時，集電極與發(fā)射極之間的電壓比較高，需要增加脈沖放大板相應(yīng)的絕緣與電位隔離措施。圖1是利用檢測集電極與發(fā)射極之間電壓vce對IGBT進(jìn)行保護(hù)的一個例子。

圖1：vce電壓監(jiān)測以及保護(hù)的原理

2、IGBT門極電壓fb監(jiān)控法

通過監(jiān)控IGBT元件的門極電壓vge來判斷IGBT元件是否損壞。如果判斷出IGBT元件損壞，立即快速封鎖傳動裝置中的所有IGBT元件，其原理如圖2所示。這種方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，比較實用。缺點是只有當(dāng)某個IGBT損壞時才能判斷出，對一般的過流不起作用。而且，由于IGBT損壞短路時，因為放大板上電容的作用，門極電壓vce變化緩慢，一般需要經(jīng)過1ms左右的延遲才能正確判斷和封鎖脈沖，如圖3所示。在這期間，并聯(lián)回路大量IGBT就可能受到損害，擴(kuò)大了故障范圍。

圖2：門極電壓檢測以及保護(hù)原理圖

圖3：IGBT損壞時門極電壓變化及檢出

3、一種新型IGBT元件自損快速檢測法（即門極電流ig檢測法）

當(dāng)IGBT元件損壞時，門極與發(fā)射極之間也被擊穿，但由于結(jié)電容的作用，門極電壓變化緩慢。但根據(jù)電路理論i=cdu/dt可知，門極電流ig變化比門極電壓vge快得多。因此，可以綜合IGBT的門極脈沖指令與門極電流來準(zhǔn)確、快速地判斷IGBT是否損壞。一旦檢測到某個IGBT損壞，立即封鎖IGBT脈沖指令，能完全避免并聯(lián)回路大量IGBT損壞，不會擴(kuò)大故障范圍。具體原理圖如圖4所示。