IGBT在客车系统逆变器中的应用与保护

IGBT在DC600V供电系统中的保护
　　
由于IGBT的耐过压和耐过流能力较差，一旦出现意外就会损坏，因此必须对IGBT进行保护，客车DC600V供电系统逆变器的IGBT模块有过压、欠压保护，过流、过载、过热等保护功能。

过压和欠压保护
　　
使用IGBT作开关时．由于主网路的电流突变，加到IGBT集电-发射问容易产生高直流电压和浪涌尖峰电压。直流过电压的产生是输入交流电或IGBT的前一级输人发生异常所致。解决方法是在选取IGBT时进行降额设计；也可在检测m过压时分断IGBT的输入，IGBT的安全。目前，针对浪涌尖峰电压采取的措施有：
　　
(1)在工作电流较大时，为减小关断过电压，应尽量使主电路的布线电感降到最小；
　　
(2)设置如图7所示的RCD缓冲电路吸收保护网络，增加的缓冲二极管使缓冲电阻增大，避免导通时IGBT功能受阻的问题。
　　
对于由接触网电压的波动而造成的输出欠压，逆变器可以不停止工作，而是采取降频降压的方式，即当输人电压低于540V时，逆变器按照Y／F=C(常数)的规律降频降压工作。

过流与过载保护
　　
空调客车的IGBT模块逆变器具备承受电动机负载突加与突减的能力：当输出侧和负载发生短路时，逆变器能立即封锁脉冲输出，并停止工作，IGBT产生过电流的原因有晶体管或二极管损坏、控制与驱动电路故障或干扰引起的误动、输出线接错或绝缘损坏等形成短路、逆变桥的桥臂短路等。IGBT承受过电流的时间仅为几微秒。通常采取的过流保护措施有软关断和降低栅极电压两种。
　　
软关断抗干扰能力差，一旦检测到过流和短路信号就关断，容易发生误动，往往启动保护电路，器件仍被损坏。降低栅极电压则是在检测到器件过流信号时，立即将栅极电压降到某一电平，此时器件仍维持导通，使过电流值不能达到最大短路峰值，就可避免IGBT出现锁定损坏。若延时后故障信号仍然存在，则关断器件；若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常工作状态．大大增强了抗干扰能力。
　　
当逆变器的输出超过其自身的输出能力，称为过载，逆变器的过载检测靠输出侧的电流传感器或输入侧的直流电流传感器。一般情况下逆变器的过载保护为反时限特性。即设定过载电流为额定电流的1．5倍持续1min后保护，而低于1．5倍可延长保护动作时间。而高于1．5倍时则保护动作的时间小于1min。

过热保护
　　
当逆变器的散热器温度超过允许温度时，散热器的热保护继电器给出信号让逆变器的控制电路自动封锁脉冲，停止工作。通常流过IGBT的电流较大，开关频率较高，故器件的损耗较大。若热量不能及时散掉，器件的结温将会超过最大值125℃，IGBT就可能损坏。散热一般是采用散热器，可进行强迫冷却。实际应用中，采用普通散热器与强迫冷却相结合的措施。并在散热器上安装温度开关，可在靠近IGBT处加装一温度继电器，以检测IGBT的工作温度。同时，控制执行机构在发生异常时切断IGBT的输入，以保护其安全。

IGBT模块开关具有损耗小、模块结构便于组装、开关转换均匀等优点。已越来越多地应用在铁路客车供电系统中。在应用IGBT时，应根据实际情况对过流、过压、过热等采取有效保护措施，以保证IGBT安全可靠地运行。