[发明专利]一种用于检测IGBT过压击穿特性的电路及方法

说明书

本发明提供了一种用于检测IGBT过压击穿特性的电路及方法，该电路包括：母线直流电源，固态断路器，储能电容，升压电力电子开关，双脉冲测试电路；本发明采用双脉冲测试方法，能够实现IGBT在关断瞬态过高电压尖峰以及关断稳态时耐压过高引起的雪崩击穿；通过设置升压电力电子开关能够快速切换IGBT耐受电压，精确控制IGBT在关断稳态时耐受过高电压的时间；此外由于过长的雪崩击穿容易造成过流故障，本发明通过设置固态断路器，防止IGBT发生永久击穿时，因能量集聚引发严重的炸管现象。

技术领域

本发明涉及一种IGBT过压击穿检测电路及方法，尤其涉及一种检测IGBT关断稳态过压击穿特性的电路及方法，属于电力电子领域。

背景技术

大功率IGBT等功率器件的过电压击穿现象是多电平电力电子装置中常见的故障之一。受电力电子装置线路设计不当、负载突变、电网波动、功率器件误动作以及电磁干扰的影响，容易引起功率器件过压击穿故障。在长时间高频次的短时过压后，将会加速功率器件老化，甚至发生不可逆的永久击穿失效。

通常IGBT有两种工作状态会发生过压击穿，首先是在IGBT关断瞬态，当电流回路的杂散电感过高、负载电流较大或发生过流时，关断瞬态的IGBT在集电极电流下降时叠加了极大的电压尖峰，超过了额定电压，造成过压击穿故障；研究显示，短时的过压击穿不会造成IGBT器件的失效，但在经历多次脉冲周期后，器件将会发生永久失效并大概率造成短路，过热等二次故障。另一种状态是在IGBT关断稳态，当母线电压波动或其他功率器件误开通或未完全关断使得该IGBT承受过高的电压，并超过了额定电压，过压状态的持续时间通常会长于IGBT关断瞬态，导致器件迅速击穿，造成二次故障。

然而目前大多数过压检测方法仅只对IGBT在关断瞬态发生的过压击穿特性进行检测，未有针对IGBT在关断稳态发生的过压击穿特性进行检测。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点，提出一种可用于检测IGBT关断稳态过压击穿特性的电路及方法，该电路能分别检测IGBT在关断瞬态和关断稳态时发生的过压击穿特性，完善了IGBT过压击穿特性检测。技术方案如下：

一种用于检测IGBT过压击穿特性的电路，包括：直流母线电源，固态断路器，储能电容，升压电力电子开关，双脉冲测试电路；其中，

所述直流母线电源，用于向过压检测电路提供稳定的直流电压；

所述固态断路器，用于快速切断直流电源与高频直流电源；

所述储能电容，用于向过压检测电路提供短时稳定的直流电压；

所述升压电力电子开关，用于快速切换待测IGBT集射极电压；

所述双脉冲测试电路，用于实现待测IGBT的正常开关过程。

进一步，所述直流母线电源包括双脉冲电路的直流电源U1和用于短时提高待测IGBT集-射极电压的过压电源U2，所述直流电源U1与过压电源U2为串联连接，分别由大容值的电容进行电压存储。

进一步，所述直流电源U1的电压小于待测IGBT的额定电压，直流电源U1与过压电源U2的电压之和为待测IGBT的额定电压1到2倍之间。

进一步，所述固态断路器由功率器件TS1和TS2组成，功率器件TS1的集电极与直流母线电源中的直流电源U1的正极、过压电源U2的负极相连，功率器件TS2的集电极与过压电源U2的正极相连；在正常运行时，功率器件TS1和TS2处于导通状态；当进行IGBT过压特性检测时，若待测IGBT被击穿失效后发生了过流故障，功率器件TS1或TS2将会检测到过流故障，并自行关断，从而切断直流母线电源供电回路。

进一步，储能电容包括母线电容C1和C2，母线电容C1用于提供双脉冲测试电路的母线电压，母线电容C2用于短时提高待测IGBT集-射极电压。