基于矩陣變換器IGBT的集中式過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

摘要：分別針對(duì)矩陣變換器的整流級(jí)和逆變級(jí)IGBT的過(guò)流現(xiàn)象進(jìn)行了討論，提出了一種新的集中式過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方式。該方式可確保IGBT在短路情況下及時(shí)被關(guān)斷，從而安全穩(wěn)定地運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明：新的集中式過(guò)流保護(hù)電路具有經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、快速的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：矩陣變換器；IGBT；集中式；過(guò)流保護(hù)電路

O 引言
近年來(lái)，矩陣變換器的優(yōu)越性能日益受到研究者們的重視，因而已成為電力變換器中的研究熱點(diǎn)。IGBT作為矩陣變換器的重要開(kāi)關(guān)器件，是電力電子系統(tǒng)中最具應(yīng)用前景的功率半導(dǎo)體器件之一，其安全穩(wěn)定的工作決定著矩陣變換器的穩(wěn)定運(yùn)行。
IGBT的保護(hù)電路主要分為過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)電路。本文主要討論IGBT的過(guò)流保護(hù)電路。通常情況下，根據(jù)IGBT手冊(cè)給出的相關(guān)保護(hù)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)就足以保證IGBT的可靠運(yùn)行。但是，在矩陣變換器中，由于整流級(jí)和逆變級(jí)的IGBT數(shù)量較多，而對(duì)逐個(gè)IGBT過(guò)流保護(hù)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)較為繁瑣，故可以采用集中式過(guò)流保護(hù)電路，以達(dá)到精簡(jiǎn)和優(yōu)化電路的效果。
另外，由于IGBT能夠承受一定時(shí)間的短路電流，所承受短路電流的時(shí)間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流相比IGBT的額定電流越大，IG-BT能承受的時(shí)間也就越短。故在IGBT短路燒毀前，保護(hù)電路必須快速反應(yīng)并對(duì)其關(guān)斷，從而達(dá)到保護(hù)IGBT可靠工作的目的。

l 過(guò)流分析
IGBT的過(guò)流情況可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是低倍數(shù)(1．2～1．5倍)的過(guò)載電流；另一類(lèi)是高倍數(shù)(高達(dá)8～10倍)的短路電流。
1．1 過(guò)載電流保護(hù)
原則上，IGBT在過(guò)流時(shí)的開(kāi)關(guān)和通態(tài)特性與其在額定條件下運(yùn)行時(shí)的特性相比并沒(méi)有什么不同。但由于比較大的負(fù)載電流會(huì)引起IGBT內(nèi)較高的損耗，所以，為了避免超過(guò)最大允許節(jié)溫，IGBT的過(guò)載范圍往往會(huì)受到限制。這不僅是過(guò)載時(shí)節(jié)溫的絕對(duì)值，而且連過(guò)載時(shí)的溫度變化范圍都是限制因素。
1．2 短路電流保護(hù)
IGBT能承受短路電流的時(shí)間很短，且能承受短路電流的時(shí)間與該IGBT的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，它隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長(zhǎng)。存在以上關(guān)系的原因是由于隨著導(dǎo)通飽和壓降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方增大，從而造成承受短路的時(shí)間迅速縮短。
原則上，IGBT都是安全短路器件。換句話說(shuō)，它們?cè)谝欢ǖ耐獠織l件下可以承受短路電流，然后被關(guān)斷，而器件不會(huì)發(fā)生損壞。

2 保護(hù)電路設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)的集中式過(guò)流保護(hù)電路主要針對(duì)矩陣變換器的IGBT。本矩陣變換器的整流級(jí)和逆變級(jí)選取的IGBT型號(hào)分別是三菱公司的CT6-0AM20和富士公司的1MBH60D一090A。由于在整流級(jí)和逆變級(jí)IGBT承受的電壓和電流有差別，故要選擇相應(yīng)的IGBT來(lái)確保矩陣變換器正常穩(wěn)定的運(yùn)行。整流級(jí)的驅(qū)動(dòng)芯片選擇的是落木源公司的TX―KA962。TX―KA962芯片相對(duì)于三菱公司的M57962芯片來(lái)說(shuō)，其具有死區(qū)時(shí)間、軟關(guān)
斷速度、故障后再次啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。