基于矩陣變換器IGBT的集中式過流保護電路設計

摘要：分別針對矩陣變換器的整流級和逆變級IGBT的過流現(xiàn)象進行了討論，提出了一種新的集中式過流保護電路的設計方式。該方式可確保IGBT在短路情況下及時被關斷，從而安全穩(wěn)定地運行。試驗結果表明：新的集中式過流保護電路具有經濟、準確、快速的特點。
關鍵詞：矩陣變換器；IGBT；集中式；過流保護電路

O 引言
近年來，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。IGBT作為矩陣變換器的重要開關器件，是電力電子系統(tǒng)中最具應用前景的功率半導體器件之一，其安全穩(wěn)定的工作決定著矩陣變換器的穩(wěn)定運行。
IGBT的保護電路主要分為過壓保護、過流保護和過熱保護電路。本文主要討論IGBT的過流保護電路。通常情況下，根據(jù)IGBT手冊給出的相關保護電路進行設計就足以保證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(shù)量較多，而對逐個IGBT過流保護電路進行設計較為繁瑣，故可以采用集中式過流保護電路，以達到精簡和優(yōu)化電路的效果。
另外，由于IGBT能夠承受一定時間的短路電流，所承受短路電流的時間與短路電流的大小有關，短路電流相比IGBT的額定電流越大，IG-BT能承受的時間也就越短。故在IGBT短路燒毀前，保護電路必須快速反應并對其關斷，從而達到保護IGBT可靠工作的目的。

l 過流分析
IGBT的過流情況可以分為兩類：一類是低倍數(shù)(1．2～1．5倍)的過載電流；另一類是高倍數(shù)(高達8～10倍)的短路電流。
1．1 過載電流保護
原則上，IGBT在過流時的開關和通態(tài)特性與其在額定條件下運行時的特性相比并沒有什么不同。但由于比較大的負載電流會引起IGBT內較高的損耗，所以，為了避免超過最大允許節(jié)溫，IGBT的過載范圍往往會受到限制。這不僅是過載時節(jié)溫的絕對值，而且連過載時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間很短，且能承受短路電流的時間與該IGBT的導通飽和壓降有關，它隨著飽和導通壓降的增加而延長。存在以上關系的原因是由于隨著導通飽和壓降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路電流同時增大，短路時的功耗隨著電流的平方增大，從而造成承受短路的時間迅速縮短。
原則上，IGBT都是安全短路器件。換句話說，它們在一定的外部條件下可以承受短路電流，然后被關斷，而器件不會發(fā)生損壞。

2 保護電路設計
本文所設計的集中式過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來確保矩陣變換器正常穩(wěn)定的運行。整流級的驅動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芯片來說，其具有死區(qū)時間、軟關
斷速度、故障后再次啟動時間可調等優(yōu)點。