IGBT短路保护

IGBT短路保护的应用及意义

IGBT短路保护电路可以实现快速保护，同时能节省检测短路电流所需的霍尔电流传感器，降低整个系统的成本。实践证明，该电路有比较大的实用价值，尤其是在低直流母线电压的应用场合，可以应用于大型的高频逆变器。

在变频器的内部的直流电源部分的输出（连接到逆变器）的两根线上分别有两个霍尔器件.在正常情况下，流出直流源(流入逆变器)的电流和流回直流源（从逆变器流回）的电流是相等的。两个霍尔器件上的电压是平衡的.一旦发生接地故障，流出直流源的电流同流回直流源的电流不等，两个两个霍尔器件上的电压不等，变频器检测到这种情况，就立刻发出报警信号，实施接地保护，所以接地保护的基本原理，并不是靠出现了较大的接地短路电流来

进行保护的。

1、短路保护的工作原理

2、图11-2所示为工作在ＰＷＭ整流状态的Ｈ型桥式ＰＷＭ变换电路（此图为正弦波正半波输入下的等效电路，上半桥的两只ＩＧＢＴ未画出），图11-2为下半桥两只大功率器件的驱动信号和相关的器件波形。现以正半波工作过程为例进行分析（对于三相ＰＷＭ电路，

在整流、逆变工作状态或单相ＤＣ／ＤＣ工作状态下，ＰＷＭ电路的分析过程及结论基本类似）。

在图11-2所示的电路中，在市电电源Ｕｓ的正半周期，将Ｕｇ２.４所

高低压成套部

第四章断路器和 短路保护基础

短路的定义

什么是短路 ?

短路的定义短路是由系统故障或正常绝缘 短路引起的不正常情况 .

短路的定义

短路电流在传统意义被认为是10倍于或高 于过载继电器满负荷电流。 低于10倍的值会被过流继电器“处理” 掉

短路保护设备

哪些东西可供选择? 保险丝 断路器 模块调整启动器

什么是断路器 ?断路器是一种机械开关装置，可以保护电路配 线，在正常情况下可以传输和断开电流，也可 以在特殊不正常电路条件下，例如短路电流， 传输和断开一段时间。(为了保护线路和设备 ，断路器不得不尽可能快的断开。)

断路器的缩写 ACB (空气断路器)– 大的. 开式断路器用于保护 电流范围大于100A的设 备

CB (断路器) MCCB (塑壳断路器)– 德语. 可以理解为紧凑型的断路器，有构成断路器 的主要部分的绝缘材料做成的支罩。CB (IEC 947-2)

断路器的缩写 MCB (微型断路器)– 微型断路器意味着对配线的保护. 单极或 多级. 尤其适用于建筑装置上。

开断能力的定义

在对称的电压条件下，开关器件或熔 断器可以可靠安全的开断

断路器的开断能力决定于： 弧电压上升的时间 弧电压的大小 断路器的构

注：本节内容主要摘自《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

16.3.1. 变压器相间短路后备保护 16.3.1.1 复合电压闭锁方向过流保护 16.3.1.1.1 电流元件的整定计算

a） 过电流保护的动作电流计算。电流元件的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下：

Iop?KrelIe Kr式中： Krel为可靠系数，取1.2～1.3；

Kr为返回系数，取0.85～0.95；

Ie为变压器的额定电流，下同。 b） 灵敏系数校验：

)Ik(.2min ?IopKsen)式中：Ik(.2min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，要

求Ksen?1.3（近后备），Ksen?1.2（远后备）。 16.3.1.1.2 低电压启动元件的整定计算 低电压启动元件的整定应考虑以下情况：

a）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定

Uop?Umin KrelKr式中： Krel为可靠系数，取1.1～1.2；

Kr为返回系数，取1.05～1.25；

Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9Ue（额定线电压，下同）

b）按躲过电动机自起动时的电压整定：

当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时

采用突波吸收电容减小UPS直流总线电压

[出处/作者]：庄宏 刘静

众所周知，逆变器是UPS的核心部分，逆变器的性能决定了UPS的输出性能指标。在一个由整流器、逆变器、充电器等组成的UPS中（如图1），逆变器不但要承受来自负载的冲击，还要随时对直流总线电压的波动进行调整。大量的统计数据证明，直流总线电压的异常波动和负载的冲击是造成逆变器故障的主要原因。在UPS实际运用过程中，负载的冲击不可避免，而稳定直流总线电压、减小直流总线电压的纹波却是可以做到的。

图1 UPS结构框图

直流总线电压的纹波主要由整流输入电压的波动和逆变器IGBT开关的反冲电压回馈至直流总线形成。如果纹波过大，就会造成整流滤波电容温升过高，寿命缩短，同时加大了逆变器PWM调节频繁程度，容易造成控制电路不稳定而导致故障发生。由于直流总线直接和外部电池连接，过高的直流总线纹波电压还会成为 EMI干扰源。

在整流器输出端减小市电造成的50Hz电压纹波主要采用大容量的铝电解电容器并联，而对于逆变器高频开关反冲电压形成的电压纹波则要寻求新的途径来解决。如图2是一个20KVAUPS的桥式整流滤波电路和逆变电路，其中直流总线上的滤波电容由六个2200μF/600WV的电解电容并

注：本节内容主要摘自《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

16.3.1. 变压器相间短路后备保护 16.3.1.1 复合电压闭锁方向过流保护 16.3.1.1.1 电流元件的整定计算

a） 过电流保护的动作电流计算。电流元件的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下：

Iop?KrelIe Kr式中： Krel为可靠系数，取1.2～1.3；

Kr为返回系数，取0.85～0.95；

Ie为变压器的额定电流，下同。 b） 灵敏系数校验：

)Ik(.2min ?IopKsen)式中：Ik(.2min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，要

求Ksen?1.3（近后备），Ksen?1.2（远后备）。 16.3.1.1.2 低电压启动元件的整定计算 低电压启动元件的整定应考虑以下情况：

a）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定

Uop?Umin KrelKr式中： Krel为可靠系数，取1.1～1.2；

Kr为返回系数，取1.05～1.25；

Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9Ue（额定线电压，下同）

b）按躲过电动机自起动时的电压整定：

当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时

四川信息职业技术学院

毕业设计说明书

设计题目:短路计算及继电保护整定系统的设计 专 业: 建筑电气工程技术 班 级: 建电09-1 学 号: 0912023 姓 名: 黄治佳 指导教师: 徐志刚

二O一一年十二月二十日

四川信息职业技术学院毕业设计任务书

学 生 姓 名 黄治佳 学号 0912023 班级 建电09-1 专业 建筑电气工程技术 设计（或论文）题目 指导教师姓名 徐志刚 设计（论文）内容： 1. 查阅与课题相关的技术参考资料。 2. 继电保护的任务，继电保护的选择。 3. 短路电流的计算。 4. 继电保护的整定计算。 职 称 高级教师 短路计算及继电保护整定系统的设计 工作单位及所从事专业 四川信息职业技术学院 联系方式 13219911966 备 注 5. 撰写毕业论文，观点明确，证据充足，层次清楚，不少于五千字。 进度安排： 了解课题，查阅相关资料。

摘要：绝缘栅双极晶体管(IGBT)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管合成的复合型全控型电压驱动式功率半导体器件，具有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗及双极型三极管的低导通压降、以及驱动电路简单、安全工作区宽等优点，作为电力电子系统的核心开关器件， IGBT起了不可取代的关键的作用。本文主要针对IGBT的发展历程和国内外技术现状、阐述了一些先进的芯片技术和新结构、新材料及模块封装技术。描述了IGBT芯片和模块的发展方向。 1.引 言

全球能源危机及气候变暖的威胁使人们在追求经济发展的同时越来越重视绿色环保，节能减排。电力电子是节能减排的王牌技术，从电能产生、电能传 输、电能使用到电能管理，渗透到工业、交通、通信、能源等各个领域，发挥着举足轻重的作用。电力电子器件是电力电子装置和系统的“绿色的芯”。目前我国新 型的电力电子器件主要代表是IGBT、VDMOS 和FRED等高频器件，而新材料的电力电子器件的主要代表是SiC及GaN器件。本文重点针对IGBT发展历史、现状、新结构、新材料及其新封装技术做一 些阐述。 2.IGBT是节能减排的王牌器件

作为新型高频大功率电力半导体器件代表的IGBT自 1982年问世以来，在国民经济的各行各业得

一、 概述

稳压电源，输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关，也称稳压器等，开关稳压电源的发展依赖于半导体器件和磁性材料的发展。随着电子工艺的发展，已成为世界各国的普及产品。按调整管及负载的连接方式可分为串联型和并联型,按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。本电路设计主要引用串联型脉冲宽度调节型，主要由主输出电路、控制电路、采样比较放大及保护电路四大部分组成。利用三极管的导通特性，通过波型发生器与电压比较器共同实现对三极管导通与关断的控制，从而实现开关功能，负反馈采样放大电路实现调压功能。电源输入电压为市网电压。输出电压为5—24V可调电压，稳压最大电源功率50w，能够实现过流及短路保护功能。

二、方案论证

开关稳压电源，实质上是一个受控制的电子开关。电子开关在直流稳压电源中做调整元件，通过改变调整器件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。 方案一：

方案一原理方框图如图1所示：

市网输入 整流滤波 调整管 输出 PWM控制 运算放大 电压比较 采样电路 保护电路 图1 开关稳压电源电路的原理框图（一）

采用二极

短路电流的计算

概述

电力系统正常运行方式的破坏，多数是由于短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安培。变电站设计中不能不全面地考虑短路故障的各种影响。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。 在三相系统中短路的基本类型有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

变电所中的各种电气设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响造成设备损坏。短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置整定必须在主回路通过短路电流时准确动作。 由于上述原因，短路电流计算成为变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计中主要计算三相

（19）中华人民共和国国家知识产权局

（12）实用新型专利

（10）申请公布号

CN209374447U

（43）申请公布日 2019.09.10（21）申请号CN201920161495.4

（22）申请日2019.01.30

（71）申请人宁波达新半导体有限公司;杭州达新科技有限公司

地址315400 浙江省宁波市余姚市经济开发区城东新区冶山路479号科创大楼13层1306室

（72）发明人钱进;轩永辉

（74）专利代理机构上海浦一知识产权代理有限公司

代理人郭四华

（51）Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

（54）发明名称

IGBT半桥模块

（57）摘要

本实用新型公开了一种IGBT半桥模块，

包括：底板、芯片单元、陶瓷覆铜板、功率端

子、信号端子和信号端子座；芯片单元包括IGBT

芯片和FRD芯片；信号端子包括栅极信号端子和

发射极信号端子，信号端子都直接焊接在陶瓷覆

铜板上，IGBT芯片的栅极通过铝线键合在陶瓷覆

铜板上并引出到对应的栅极信号端子上，IGBT芯

片的发射极通过铝线键合在陶瓷覆铜板上并引出