[發明專利]一種用于檢測IGBT過壓擊穿特性的電路及方法

有效

• 申請號: 202010527317.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111736053B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張經緯;譚國俊;杜祥威
• 申請（專利權）人: 江蘇國傳電氣有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01R31/14;G01R31/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種用于檢測IGBT過壓擊穿特性的電路及方法，該電路包括：母線直流電源，固態斷路器，儲能電容，升壓電力電子開關，雙脈沖測試電路；本發明采用雙脈沖測試方法，能夠實現IGBT在關斷瞬態過高電壓尖峰以及關斷穩態時耐壓過高引起的雪崩擊穿；通過設置升壓電力電子開關能夠快速切換IGBT耐受電壓，精確控制IGBT在關斷穩態時耐受過高電壓的時間；此外由于過長的雪崩擊穿容易造成過流故障，本發明通過設置固態斷路器，防止IGBT發生永久擊穿時，因能量集聚引發嚴重的炸管現象。

技術領域

本發明涉及一種IGBT過壓擊穿檢測電路及方法，尤其涉及一種檢測IGBT關斷穩態過壓擊穿特性的電路及方法，屬于電力電子領域。

背景技術

大功率IGBT等功率器件的過電壓擊穿現象是多電平電力電子裝置中常見的故障之一。受電力電子裝置線路設計不當、負載突變、電網波動、功率器件誤動作以及電磁干擾的影響，容易引起功率器件過壓擊穿故障。在長時間高頻次的短時過壓后，將會加速功率器件老化，甚至發生不可逆的永久擊穿失效。

通常IGBT有兩種工作狀態會發生過壓擊穿，首先是在IGBT關斷瞬態，當電流回路的雜散電感過高、負載電流較大或發生過流時，關斷瞬態的IGBT在集電極電流下降時疊加了極大的電壓尖峰，超過了額定電壓，造成過壓擊穿故障；研究顯示，短時的過壓擊穿不會造成IGBT器件的失效，但在經歷多次脈沖周期后，器件將會發生永久失效并大概率造成短路，過熱等二次故障。另一種狀態是在IGBT關斷穩態，當母線電壓波動或其他功率器件誤開通或未完全關斷使得該IGBT承受過高的電壓，并超過了額定電壓，過壓狀態的持續時間通常會長于IGBT關斷瞬態，導致器件迅速擊穿，造成二次故障。

然而目前大多數過壓檢測方法僅只對IGBT在關斷瞬態發生的過壓擊穿特性進行檢測，未有針對IGBT在關斷穩態發生的過壓擊穿特性進行檢測。

發明內容

本發明針對現有技術的缺點，提出一種可用于檢測IGBT關斷穩態過壓擊穿特性的電路及方法，該電路能分別檢測IGBT在關斷瞬態和關斷穩態時發生的過壓擊穿特性，完善了IGBT過壓擊穿特性檢測。技術方案如下：

一種用于檢測IGBT過壓擊穿特性的電路，包括：直流母線電源，固態斷路器，儲能電容，升壓電力電子開關，雙脈沖測試電路；其中，

所述直流母線電源，用于向過壓檢測電路提供穩定的直流電壓；

所述固態斷路器，用于快速切斷直流電源與高頻直流電源；

所述儲能電容，用于向過壓檢測電路提供短時穩定的直流電壓；

所述升壓電力電子開關，用于快速切換待測IGBT集射極電壓；

所述雙脈沖測試電路，用于實現待測IGBT的正常開關過程。

進一步，所述直流母線電源包括雙脈沖電路的直流電源U1和用于短時提高待測IGBT集-射極電壓的過壓電源U2，所述直流電源U1與過壓電源U2為串聯連接，分別由大容值的電容進行電壓存儲。

進一步，所述直流電源U1的電壓小于待測IGBT的額定電壓，直流電源U1與過壓電源U2的電壓之和為待測IGBT的額定電壓1到2倍之間。

進一步，所述固態斷路器由功率器件TS1和TS2組成，功率器件TS1的集電極與直流母線電源中的直流電源U1的正極、過壓電源U2的負極相連，功率器件TS2的集電極與過壓電源U2的正極相連；在正常運行時，功率器件TS1和TS2處于導通狀態；當進行IGBT過壓特性檢測時，若待測IGBT被擊穿失效后發生了過流故障，功率器件TS1或TS2將會檢測到過流故障，并自行關斷，從而切斷直流母線電源供電回路。

進一步，儲能電容包括母線電容C1和C2，母線電容C1用于提供雙脈沖測試電路的母線電壓，母線電容C2用于短時提高待測IGBT集-射極電壓。