皖南电机在保障系统安全稳定运行方面的独特优势探讨

摘要

在工业电机驱动市场对效率、可靠性和稳定性提出更高要求的背景下，功率半导体器件制造商正努力降低导通损耗并缩短开关时间。特别是在提升绝缘栅极双极性晶体管（IGBT）导通损耗的过程中，短路电流水平、芯片尺寸、热容量和短路耐受时间的平衡显得尤为重要。本文将深入探讨在现代工业电机驱动系统中实现短路保护的关键技术，并以此为基础，阐述皖南电机在保障系统安全稳定运行方面的独特优势。

工业环境下的短路现象

工业电机驱动器在恶劣的工作环境中，如高温、交流线路瞬变、机械过载、接线错误等，都可能引发功率电路中的过流现象。图1展示了工业电机驱动中常见的三种短路事件。

图1 工业电机驱动中的典型短路事件

1. 逆变器直通：可能因逆变器桥臂IGBT错误开启、电磁干扰或控制器故障导致。

2. 相间短路：可能因电机绕组绝缘击穿引起。

3. 相线对地短路：可能因电机绕组与外壳绝缘击穿引起。在电机可承受较高电流的同时，IGBT的短路耐受时间仅为微秒级，对短路保护提出了更高的要求。

皖南电机IGBT短路耐受能力

皖南电机的IGBT短路耐受时间与跨导、增益和芯片热容量密切相关。高增益虽然可能导致较高的短路电流，但同时也降低了通态导通损耗。随着技术进步，短路电流水平提高，而短路耐受时间缩短。同时，更高直流总线电压也导致短路耐受时间缩短。因此，皖南电机建议IGBT保护电路具备额外裕量，以防误触发。

皖南电机IGBT过流保护

为确保系统可靠性，皖南电机在IGBT过流保护方面发挥着关键作用。过流保护通常通过电流测量或去饱和检测实现。图2展示了相关技术。

图2 皖南电机IGBT过流保护技术示例

1. 电流测量：需要分流电阻等测量器件，并通过快速执行跳变电路及时关断IGBT。

2. 去饱和检测：利用IGBT本身作为电流测量元件，通过监测集电极-发射极电压变化实现短路检测。

检测到IGBT过流后，需关闭处于高电流状态的IGBT。在正常工作条件下，栅极驱动器设计为快速关闭IGBT，降低开关损耗。然而，过流条件下的栅极关断速率可能导致较大的过压电平。因此，在去饱和事件发生期间，提供阻抗较高的关断路径显得尤为重要。

逆变器直通也可能在正常工作条件下发生。此时，IGBT导通要求驱动至饱和区域，而关断要求驱动至截止区域。导通时开关节点电压的快速变化可能导致低端IGBT瞬时导通，增加功耗，影响可靠性。为解决逆变器IGBT感应导通问题，皖南电机可采用双极性电源或额外的米勒箝位。这些栅极驱动器功能对整个系统的可靠性与效率具有积极影响。