IGBT的过流一般是指由于某种原因引起的负载过载(例如电机堵转),也有可能是由于软件控制问题导致的电流发散、振荡导致。而短路一般是指桥臂直通,或母线电压经过IGBT的无负载回路。过流和短路的保护方法也有所不同,过流保护通常会采用输出电流传感器作为检测元件,在控制板上通过硬件或软件方式实施保护,而短路保护只能通过硬件进行检测,一般会集成到IGBT驱动电路上,通过检测IGBT的退饱和行为来实施保护。下面,爱晟电子以工业电机驱动逆变器为例,为大家介绍常见的短路故障:
一、桥臂直通
一个桥臂的两个IGBT同时开通便会导致桥臂直通,这种情况可能是因为遭受了电磁干扰或控制器故障,也有可能是因为桥臂中的一个IGBT故障,而正常的IGBT保持开关动作。
二、相间短路
可能是因为性能下降、温度过高或过压事件导致电机绕组之间发生绝缘击穿所引起,也有可能由于传输电缆绝缘损坏。
三、相对地短路
同样可能是因为性能下降、温度过高或过压事件导致电机绕组和电机外壳之间发生绝缘击穿所致,也有可能由于传输电缆破损接地。
以上三种故障均可被称为短路故障,但短路回路阻抗不同。如果逆变器输出电缆较长且在电缆的末端发生短路,那短路阻抗相对很大,这种短路和过流可能没有太大区别,也可以通过输出电流传感器进行短路保护。需要说明的是,IGBT发生桥臂直通短路故障的几率相对较小。因此,在某些低成本应用中,IGBT驱动电路并没有集成短路保护,只有过流保护。这时如果负载侧发生短路,器件是否能够被保住,主要取决于短路回路阻抗的大小以及电流传感器的响应速度。
通过上面分析,大家应该知道过流和短路的区别了。下面,就从IGBT视角分析几种常见的短路故障类型:
一、IGBT开通瞬态发生的短路行为
IGBT开通(门极电压由负压转为正压的过程中)导致的短路故障,也就是IGBT在开通之前,系统没有发生短路故障。
二、IGBT通态过程发生的短路行为
IGBT在导通过程中(门极保持正压开通),且正向导通电流时,由于外部原因导致的器件电流突然增大行为。
三、IGBT通态过程发生的短路行为
IGBT在导通过程中(门极保持正压开通),且内部续流二极管正向导通电流时,由于外部原因导致的器件电流突然增大行为。
广东爱晟电子科技有限公司生产的IGBT用NTC热敏芯片,其电阻值随温度升高而降低。利用这一特点,NTC热敏芯片能在IGBT模块中起到温度监测和温度控制的作用。
参考数据:
耿博士电力电子技术《IGBT应用中有哪些短路类型?》
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