IGBT模块三电平电路故障时关管顺序的讨论

IGBT模块三电平电路故障时的关管顺序----传统办法

在1字形二极管钳位三电平电路中，当发生短路故障或过流故障时，传统的关断IGBT的做法是，检测到故障的驱动器把故障信息传递给控制器，然后控制器先把外管关断，再关断内管。

这样的特定的关断顺序的原因是：文章来源：http://www.igbt8.com/qd/235.html

1. 如果错误地先把内管关断，那么内管IGBT就会承担整个母线电压，这样内管会严重过压而马上损坏；

2. 如果先关外管，外管的电压会被钳在半个母线电压上，不会出现过压，然后再关断内管，内管就安全了。
三电平电路故障时的传统关管顺序的时序关系：

上图是一种三电平拓扑的传统故障管理的典型时序，当短路响应时间过了后，驱动器才能向控制器确认故障，而控制器确认故障则需要2us的时间。也就是说，到控制器确认故障时，短路已经发生了10.5us了（8.5us短路响应时间+2us确认时间）。这个时间还是理论上的最短时间，没有考虑控制器的计算时间及传输延时。所以，三电平中的短路时间，一般都会略高于10us。

CONCEPT提出一种新的方法

CONCEPT提出一种全新的思路：

利用有源钳位功能提供的优势，忽略1字形三电平的关管顺序。当IGBT检测到故障时，无论是内管还是外管，马上把对应的IGBT关掉，然后再向控制器报告；如果检测到故障的通道是内管，会马上给内管IGBT发关断指令，这样会导致内管IGBT过压，但实际上内管IGBT在这种情况下并不能被关断，因为有源钳位功能把内管电压钳住，而不会出现过压。为了验证我们的这一创新性的提法，我们做了一系列验证实验。

三电平电路中有源钳位功能的有效性的研究

以下测试将研究在错误的关断时序时，有源钳位功能如何保护三电平电路中的IGBT模块。

IGBT under test: F3L200R07PE4, 650V/200A, NPC1, 1字型三电平模块；IGBT driver: 2SC0108T2D0-12, CONCEPT，该驱动装备有源钳位功能；有源钳位门槛（TVS击穿的典型值）设为，479V(1mA,25℃)；以支持870V的最大直流母线电压Vdc（每个半直流母线电压均设为相同值以

便于测量）。

以下将考虑三种不同的情况：两种短路情况和一种常规开关事件，每种情况都存在“不正确”的关断时序。
实验一: 在MP与0点间建立短路路径

(a) 所有IGBT处于关断状态，Vdc=870V；

(b) 开通S3；

(d) 首先主动关断S3，（按照传统理论应该先关S4），S3被有源钳位功能限制在线性区内，且Vce3被钳在480V左右；IC4（实际上也是IC3）以较慢的di/dt下降至0，该过程回路中的全部杂散电感中的能量被消耗在S3这个IGBT的线性区内；

(e) 短路电流为0，有源钳位自然结束；

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