黄先进 李 鑫 刘宜鑫 王风川 高冠刚

基于量化电压并行比较的IGBT状态监测保护电路

黄先进 李 鑫 刘宜鑫 王风川 高冠刚

（北京交通大学电气工程学院 北京 100044）

在中高压、大容量电力电子变流系统中，大功率IGBT模块是变流器的核心器件，而驱动电路是影响IGBT模块及其组成的变流系统运行可靠性的关键因素。已有研究表明，对于IGBT模块的突发故障与老化失效，通过驱动电路进行状态监测与保护是目前能够对其实现故障诊断最快的方法。因此，该文提出一种基于量化电压并行比较的IGBT状态监测保护电路。首先，建立IGBT模块等效电路模型，分析模块内部寄生参数对饱和导通压降ce(sat)、短路电流sc、开通延迟时间don及门极峰值电流gpeak等状态参数的影响，利用其在不同老化程度下的变化范围构建IGBT模块的全寿命安全工作区，为量化电压设定提供依据。其次，以ce(sat)与don作为采集对象，设定特定阈值，对检测信号进行量化，根据比较电路的逻辑输出实时监测并辨别短路故障与老化程度，从而保护IGBT模块。最后，利用Pspice进行仿真分析，验证了该方法的正确性与可行性。

状态监测 量化电压 全寿命安全工作区 驱动电路

0 引言

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，由双极型三极管（Bipolar Junction Transistor, BJT）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）组成[1-4]。由于其导通压降低、输入阻抗高、驱动电路简单等优点，成为大、中型电力电子变换装置中的核心器件，现已广泛应用于工业变频、智能电网以及新能源发电等新兴领域，并且不断向大容量化、高性能化方向发展。……