图5为本文设计的两级di/dt分别检测两类短路的波形。通过观察图5(a)实验波形可知,发生一类短路后开通约2.4 μs时,第二级di/dt已检测出一类短路状态并将短路信号送给前级CPLD,驱动器采取相应的软关断措施将电流最大值限制在3.16 kA,短路持续时间为2 μs,短路损耗约5 J。通过对比分析图4(a)和图5(a)可知,图5(a)的短路时间、短路电流和短路损耗远小于图4(a)。观察图5(b)二类短路实验波形可知,开通约5.6 μs,第一级di/dt立刻检测出二类短路状态,驱动器立即采取相应的软关断保护措施将电流最大值限制在4.2 kA,短路损耗约7 J。显而易见,短路时间、短路电流和短路损耗也比图4(b)小的多。
通过实验波形分析对比可知,两级电流变化率(di/dt)检测两类短路故障,可在传统VCE退饱和短路检测方法的检测盲区时间内就检测到短路故障,使IGBT驱动器有充足的反应时间。再结合相应的软关断保护策略,大大减小了IGBT的短路时间、短路电流,降低了短路功耗,最佳地保护了IGBT模块。
4 、结论
本文根据IGBT的短路特性和大功率IGBT模块的结构特点,提出一种采用两级di/dt分别检测IGBT两类短路故障的实用新方法。该方案可快速检测IGBT的短路故障,使驱动器能够提早对短路故障做出响应,可靠有效地保护IGBT模块。通过调节两级di/dt的检测阈值,该方案还可以应用于多种等级的大功率IGBT模块的短路检测,保证IGBT系统的正常运行。