海信日立RAS-140FS3Q變頻模塊在電力電子設(shè)備中，應(yīng)用IGBT時(shí)，對(duì)IGBT的自身保護(hù)措施通常有以下三種：利用過(guò)電流信號(hào)的檢測(cè)來(lái)切斷柵極控制信號(hào)；利用緩沖電路抑制過(guò)電壓，并限制過(guò)量的及利用溫度傳感器檢測(cè)殼溫控制主電路跳閘，以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。
（1）過(guò)電流保護(hù)的過(guò)電流保護(hù)電路殼分為兩種類型：一種是低倍數(shù)（1.2～1.5倍）的過(guò)載電流保護(hù)；另一種是高倍數(shù)（不加保護(hù)時(shí)可達(dá)8～10倍）的短路電流保護(hù)。對(duì)于過(guò)載保護(hù)，由于不必快速響應(yīng)，殼采用集中式的保護(hù)，即檢測(cè)輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過(guò)設(shè)定值后，比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖裝置中所有IGBT驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使裝置的輸出電流降為零。這種集中式的保護(hù)具有保護(hù)的徹底性，一旦保護(hù)動(dòng)作后，需通過(guò)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。
IGBT的過(guò)電流保護(hù)還可采用集-射極電壓識(shí)別法，因?yàn)镮GBT的通態(tài)飽和壓降VCE(sat)與集電極電流IC呈近似線性關(guān)系，所以IGBT的過(guò)電流保護(hù)也可以采用集電極電壓檢測(cè)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即利用測(cè)量VCE(sat)的大小來(lái)判斷IGBT集電極電流的大小。當(dāng)IGBT的結(jié)溫較高時(shí)，在大電流情況下的通態(tài)飽和壓降會(huì)增加，這種特性有利于過(guò)電流的識(shí)別。需注意兩點(diǎn)：一是識(shí)別時(shí)間；二是保護(hù)切斷速度。從識(shí)別出過(guò)電流信號(hào)至切斷柵極控制信號(hào)的總時(shí)間必須小于允許短路過(guò)電流的時(shí)間。過(guò)電流時(shí)切斷IGBT漏極電流不能和正常工作中切斷速度一樣快，在主電路電感中引起很高的反電動(dòng)勢(shì)而形成尖峰電壓，這種尖峰電壓足以損壞器件。因此，應(yīng)采用措施使得在允許的短路時(shí)間內(nèi)進(jìn)行慢速切斷。
（2）海信日立RAS-140FS3Q變頻模塊短路保護(hù) 在用IGBT構(gòu)成的變流器中發(fā)生負(fù)載短路或同一橋臂出現(xiàn)直通現(xiàn)象時(shí)，電源電壓直接加到IGBT的C、E兩極之間，流過(guò)IGBT的集電極電流將會(huì)急劇增加，此時(shí)如不迅速撤除柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就會(huì)燒毀IGBT。IGBT能在不損壞的前提下承受電路電流的時(shí)間稱為允許短路時(shí)間，c示。的長(zhǎng)短與電源電壓VCC、柵射驅(qū)動(dòng)電壓VGE以及有密切的關(guān)系。
為了防止由于短路故障而造成IGBT損壞，必須有完善的故障檢測(cè)與保護(hù)環(huán)節(jié)，及時(shí)檢出過(guò)電流故障，并迅速切除。實(shí)際應(yīng)用中，引起短路故障的主要原因有：
1）直通短路產(chǎn)生的原因是，由于橋臂中某一個(gè)器件損壞或反并聯(lián)二極管損壞。
2）橋臂短路產(chǎn)生的原因是，由于控制回路、驅(qū)動(dòng)回路的故障或干擾噪聲引起的誤動(dòng)作，造海信日立RAS-140FS3Q變頻模塊成一個(gè)橋臂中的兩個(gè)IGBT同時(shí)開(kāi)通。
為了封鎖短路電流，過(guò)去常采用軟關(guān)斷降低柵壓的方法。采用軟關(guān)斷是為了避免發(fā)生過(guò)大的電流下降變化率，以免產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓使IGBT擊穿損壞。為了避免續(xù)流二極管的過(guò)沖電流和吸收電容器的放電電流，柵極的封鎖需延遲2μs后動(dòng)作，柵極電壓軟關(guān)斷的下降時(shí)間約需5～10μs，使小于10μs的過(guò)電流不能響應(yīng)。這樣，采用這種保護(hù)方式就無(wú)法對(duì)飽和壓降小于2.5V的IGBT實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)。采用這種過(guò)電流保護(hù)方式，因開(kāi)始時(shí)的短路電流無(wú)法實(shí)現(xiàn)限制，極易因瞬時(shí)電流過(guò)大而造成IGBT發(fā)生鎖定，使得無(wú)法封鎖電流而造成損壞。
為了提高保護(hù)功能，如減少保護(hù)動(dòng)作的延遲時(shí)間，但又不利于辨別真假故障過(guò)電流，還會(huì)因瞬時(shí)的續(xù)流二極管恢復(fù)電流或干擾造成誤封鎖，影響裝置的正常運(yùn)行。
比較理想的短路保護(hù)方案是出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)立即降低柵壓，使過(guò)電流值不能達(dá)到短路峰值，海信日立RAS-140FS3Q變頻模塊這樣可避免IGBT出現(xiàn)鎖定損壞。隨著柵極電壓降低，IGBT進(jìn)入放大區(qū)，其壓降增加，短路電流明顯減小，短路的承受時(shí)間延長(zhǎng)。這有利于在短路承受時(shí)間延長(zhǎng)的這段時(shí)間內(nèi)，判斷是否是真故障過(guò)電流。如果瞬時(shí)過(guò)電流，可在過(guò)電流結(jié)束后立刻將柵壓恢復(fù)到正常柵壓；如果真過(guò)電流，可在延長(zhǎng)時(shí)間的末端將柵極電壓軟關(guān)斷降到零，使過(guò)電流被封鎖。
隨著柵射極電壓VGE的降低，短路電流明顯減小，而短路允許時(shí)間相應(yīng)增大，這樣也就延長(zhǎng)了“故障檢測(cè)”時(shí)間，這樣延長(zhǎng)“故障檢測(cè)”時(shí)間的方法可稱為“延時(shí)搜索”，在“延時(shí)搜索”結(jié)束時(shí)，如果故障仍然存在，則必須立即關(guān)斷IGBT，切除故障；如果在“延時(shí)搜索”結(jié)束之前故障自行消失，則為“假過(guò)電流”現(xiàn)象，可以讓電路恢復(fù)正常工作。
利用VGE使短路電流減小的工作原理。正常工作時(shí)，柵射極驅(qū)動(dòng)電壓VGE為15V，發(fā)生短路故障時(shí)，急劇增長(zhǎng)，VGE也隨之增大，此刻及時(shí)將VGE降至10V左右，則短路電流顯著減小，在“延時(shí)搜索”結(jié)束時(shí)故障仍存在，則降VGE降至0V，使故障切除。
利用降低VGE的原理實(shí)現(xiàn)IGBT短路保護(hù)驅(qū)動(dòng)短路的功能原理：在正常導(dǎo)通期間，IGBT的飽和壓降小于給定電壓，比較器輸出低電平，MOS管VF1與VF2均截至，IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓不變。發(fā)生過(guò)電流故障時(shí)，IGBT的集射極間壓降VGE增大，當(dāng)超過(guò)Vsef時(shí)，比較器輸出高電平，定時(shí)器啟動(dòng)；與此同時(shí)，VF2開(kāi)通，使IGBT的柵極電壓降至穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Vz。海信日立RAS-140FS3Q變頻模塊如果在定時(shí)周期結(jié)束之前，故障消失，比較器輸出又返回低電平，VF2轉(zhuǎn)回截至，恢復(fù)正常柵極電壓，IGBT繼續(xù)正常工作。如果在定時(shí)周期終了時(shí)，故障仍存在，則定時(shí)器輸出高電平，VF1開(kāi)通，IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓被切除，迫使IGBT關(guān)斷。
（3）過(guò)電壓保護(hù) 變流器的主電路終包含用于功率傳遞的感性元件變壓器合引線電感，變流器終功率IGBT快速開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)因配線電感中積蓄的能量釋放或輔助回路中續(xù)流二極管反向恢復(fù)而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)浪涌電壓。根據(jù)浪涌電壓的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，可能會(huì)危害IGBT的安全工作。當(dāng)然，通過(guò)減小變壓器的漏感和合理布線來(lái)減小電感，對(duì)減小IGBT的過(guò)電壓是有利的，但還應(yīng)采取各種過(guò)電壓抑制措施。
當(dāng)開(kāi)關(guān)浪涌電壓在關(guān)斷時(shí)的工作波形超過(guò)了RBSOA（反偏安全工作區(qū)）時(shí)，IGBT就會(huì)損壞。過(guò)電壓抑制網(wǎng)絡(luò)就是為了抑制開(kāi)關(guān)浪涌電壓，把IGBT開(kāi)關(guān)工作波形控制在RBSOA內(nèi)設(shè)置的。
橋式變流器的IGBT模塊的三種抑制電路：一是適用于50A以下的IGBT模塊，它容易產(chǎn)生由L-C-R串聯(lián)電路引起的電壓振蕩，因此要特別注意減小L、減小電容及連線的電感，可采取如增加阻尼電阻等措施；二是適用于200A以下的IGBT模塊，該電路為防止振蕩，要通過(guò)二極管對(duì)電容C充電，因而可適用于較大容量，使用中應(yīng)注意的問(wèn)題是盡量選用軟恢復(fù)特性的二極管，并盡可能減小二極管到電容的布線電感；三是適用于300A以下的IGBT模塊，該電路海信日立RAS-140FS3Q變頻模塊屬放電阻止型，它解決了在大容量變流器中，如直接在每個(gè)IGBT旁并聯(lián)RC-D吸收電路帶來(lái)的緩沖電路容量增大、配線電感增大、二極管選擇困難、續(xù)流二極管反向恢復(fù)引起的電壓過(guò)沖的問(wèn)題。該吸收電路中，實(shí)際是電容由供電電源充電，且減小了配線電感，使緩沖電路損耗減小，同時(shí)抑制了開(kāi)關(guān)過(guò)電壓。
     應(yīng)注意的是，過(guò)電流或短路保護(hù)過(guò)程中，集電極電流迅速下降時(shí)，在布線電感上產(chǎn)生的反電壓勢(shì)必加到關(guān)斷的IGBT上，造成IGBT的集射極間電壓強(qiáng)烈過(guò)沖。理論上，這個(gè)過(guò)沖電壓可由抑制網(wǎng)絡(luò)加以吸收。但實(shí)際上，由于IGBT的開(kāi)關(guān)頻率較高，在快速關(guān)斷大電流時(shí)，回路中布線電感的存在引起受二極管開(kāi)通速度的限制，該電路難以吸收尖峰過(guò)電壓。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在過(guò)電流時(shí)應(yīng)放慢關(guān)斷速度，宜采用軟關(guān)斷方式。
（4）防靜電保護(hù)
IGBT的輸入級(jí)為MOSFET，所以IGBT也存在靜電擊穿的問(wèn)題。
3.IGBT的并聯(lián)使用
與MOSFET一樣，通常IGBT不串聯(lián)使用。在大功率的電力電子設(shè)備中，單個(gè)IGBT的容量不滿足功率要求時(shí)，可選用幾個(gè)或多個(gè)IGBT并聯(lián)使用。

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