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IGBT保护技术在光伏逆变器的核心利用

IGBT保护技术在光伏逆变器的核心利用

2022/3/31 15:37:56

光伏逆变器是光伏系统非常重要的一个设备,主要作用是把光伏组件发出来的直流电变成交流电,除此之外,逆变器还承担检测组件、电网、电缆运行状态,和外界通信交流,系统安全管家等重要功能。一款全新逆变器的产出需要两年多的时间,前期需要投入大量的人力和物力去研发和测试。

IGBT作为功率器件,在逆变器中承担着功率变换和能量传输的作用,是逆变器的心脏。同时,IGBT又是逆变器中最不可靠的元器件之一,对器件的温度和电流非常敏感,稍有超标便会炸机且不可修复。因此IGBT是逆变器的重点保护对象。

IGBT保护技术在光伏逆变器的核心利用体现在驱动保护、过电流/短路保护、过温保护、机械故障保护四个方面,具体如下。

1、驱动保护

IGBT本身是一个电流开关的器件,开关多长时间是由逆变器的CPU来控制的,但是DSP输出是一个PWM信号,速度很快,但功率不够,驱动器最主要的作用是放大PWM信号。

IGBT控制很大的高频大电流,会产生电磁干扰信号,驱动器又和IGBT隔得很近,因此驱动电路要有隔离功能,目前驱动隔离方案有光耦、光纤、脉冲变压器、磁耦等几种。

2、过电流/短路保护

在设计IGBT时,电流一般都会留有10%以上的裕量。但是,逆变器在工作时,由于组件、负载短路,负载侧故障导致过流,负载侧有特别大的感性负载,启停时有很大的谐波电流,这时候逆变器输出电流会急剧上升,导致IGBT的工作电流也会对应急剧上升。

IGBT短路分为两种情况:变流器的桥臂内发生直通,称为一类短路,变流器短路点发生在负载侧,等效短路阻抗较大,称为二类短路。二类短路一般也可认为是逆变器发生较严重的过流。在短路发生时刻,如果不采取相关措施,就会导致IGBT快速进入退饱和,瞬态功耗超过限值而损坏,因为IGBT承受过电流的时间仅为几微秒。因此,当短路发生时,要尽快关断IGBT,而且关断的速度要平缓,保证电流变化速率在一定范围,避免关断过快而引起电压应力超过限值而损坏IGBT,有源钳位的方案中增加快速响应措施,使得IGBT驱动能够尽快动作。

3、过温保护

当逆变器环境温度过高、逆变器散热不良,持续过热均会导使IGBT的损坏。如果器件持续短路,大电流产生的功耗将引起温升,若芯片温度超过硅本征温度(约250℃),器件将失去阻断能力,栅极控制就无法保护,从而导致IGBT失效。

在设计时主要从两个方面去考虑:第一,加强完善IGBT管的散热条件,包括风道设计、散热器的设计制作,加强制冷等;第二,设计过热检测保护电路,用IGBT模块上内置的热敏电阻来测量IGBT散热温度,是很准确的,当温度超过设定值时,关断IGBT使其停止工作。

4、机械故障保护

为了散热方便,IGBT都是通过螺丝连接,安装在散热器上,这个螺丝的连接强度要恰到好处,既不能力量太大,也不能力量太轻。如果力量太大,会损坏IGBT;如果力量太轻,在运输和安装过程中,由于振动会造成接触不良,热阻增加,器件过温损坏。在安装IGBT时,都会使用专门的螺丝批,根据IGBT型号,采用相应的扭力,保证IGBT连接牢固的同时又不会被损坏。

IGBT是逆变器中最容易损坏的器件,同时也是逆变器中最昂贵、最关键的器件。因此为了能够IGBT能够更好的被保护,逆变器必须采取较多相对应的保护措施。

以上就是小编要分享给大家的内容啦,大家有任何问题可联系我们哦~

审核编辑(
王静
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