基于矩陣變換器IGBT的集中式過(guò)流保護電路設計

摘要：分別針對矩陣變換器的整流級和逆變級IGBT的過(guò)流現象進(jìn)行了討論，提出了一種新的集中式過(guò)流保護電路的設計方式。該方式可確保IGBT在短路情況下及時(shí)被關(guān)斷，從而安全穩定地運行。試驗結果表明：新的集中式過(guò)流保護電路具有經(jīng)濟、準確、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，是電力電子系統中最具應用前景的功率半導體器件之一，其安全穩定的工作決定著(zhù)矩陣變換器的穩定運行。
IGBT的保護電路主要分為過(guò)壓保護、過(guò)流保護和過(guò)熱保護電路。本文主要討論IGBT的過(guò)流保護電路。通常情況下，根據IGBT手冊給出的相關(guān)保護電路進(jìn)行設計就足以保證IGBT的可靠運行。但是，在矩陣變換器中，由于整流級和逆變級的IGBT數量較多，而對逐個(gè)IGBT過(guò)流保護電路進(jìn)行設計較為繁瑣，故可以采用集中式過(guò)流保護電路，以達到精簡(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，保護電路必須快速反應并對其關(guān)斷，從而達到保護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(1．2～1．5倍)的過(guò)載電流；另一類(lèi)是高倍數(高達8～10倍)的短路電流。
1．1 過(guò)載電流保護
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行時(shí)的特性相比并沒(méi)有什么不同。但由于比較大的負載電流會(huì )引起IGBT內較高的損耗，所以，為了避免超過(guò)最大允許節溫，IGBT的過(guò)載范圍往往會(huì )受到限制。這不僅是過(guò)載時(shí)節溫的絕對值，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
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的導通飽和壓降有關(guān)，它隨著(zhù)飽和導通壓降的增加而延長(cháng)。存在以上關(guān)系的原因是由于隨著(zhù)導通飽和壓降的降低，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(zhù)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(huà)說(shuō)，它們在一定的外部條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 保護電路設計
本文所設計的集中式過(guò)流保護電路主要針對矩陣變換器的IGBT。本矩陣變換器的整流級和逆變級選取的IGBT型號分別是三菱公司的CT6-0AM20和富士公司的1MBH60D一090A。由于在整流級和逆變級IGBT承受的電壓和電流有差別，故要選擇相應的IGBT來(lái)確保矩陣變換器正常穩定的運行。整流級的驅動(dòng)芯片選擇的是落木源公司的TX―KA962。TX―KA962芯片相對于三菱公司的M57962芯片來(lái)說(shuō)，其具有死區時(shí)間、軟關(guān)
斷速度、故障后再次啟動(dòng)時(shí)間可調等優(yōu)點(diǎn)。