风机变流器中IGBT驱动窄脉冲的影响与限制

目前大功率变流器死区时间一般设置为4μs左右，反并联二极管由于存在死区，导通时间至少为两个死区时间(8μs)，不会出现窄脉冲导通。但以图1中a相为例，当输出电流在过零换流时，ia方向不确定，故此时VD1，VD2均可能导通。若导通顺序为VD1→VD2→V1或VD2→VD1→ V2时，二极管同样会出现窄脉冲导通。但该情况发生时，二极管中流过电流很小，不会产生明显的振荡或浪涌尖峰。
IGBT驱动器一般都缺乏对反并联二极管的足够保护，故需特别关注大电流情况下，IGBT的驱动信号由于干扰或软件设置错误等原因出现的微秒级及以下的关断窄脉冲。此时，相当于同桥臂另一只IGBT的反并联二极管出现未完全导通就立即关断的行为，进而产生很大的du／dt和振荡，多次反复后，将对IGBT模块可靠运行产生很大威胁。这可能是IGBT模块运行损坏的一个重要原因。

5 相关测试
由于窄脉冲对IGBT模块的危害大小受驱动电阻、母排寄生电感、输出电流等影响。为了进一步深入理解窄脉冲发生时的一些波形，以FF 1000R17模块为例，对驱动窄脉冲进行测试。测试时直流侧电容电压1 009 V，测试脉宽1．7μs，图5a为测试结果。其中，μG为IGBT门极驱动；uCE为IGBT CE端电压；i为IGBT电流。可见，测试脉宽为1．7μs时，uCE关断尖峰达到1．24 kV。为安全考虑，在反并联二极管窄脉冲测试时降低直流侧电压至500 V，测试电流限定在250A以下，测试脉宽1．7μs，图5b为测试结果。其中，μGZ为下侧ICBT门极驱动；uCE1，uCE2皿分别为上侧和下侧IGBT CE端电压。可见，在反并联二极管窄脉冲测试情况下，IGBT端电压不仅达到了直流侧电压的1．4倍左右，驱动信号本身也受到了严重干扰，且振荡非常严重。

6 结论
分析了大功率风机变流器中窄脉冲对IGBT可靠运行带来的严重危害，特别指出应充分关注反并联二极管的窄脉冲行为。进一步分析了在矢量调制过程中窄脉冲产生原因和限制方法，以及死区不对称设置对触发脉宽和关断脉宽的不同影响。对窄脉冲问题分析和避免有一定参考意义。