IGBT:N KYLLÄSTYSVALVONTA

Abstract

Tässä työssä on tutkittu IGBT-modulin kyllästysvalvontaa. Periaatteellisena erona yleisesti käytössä olevaan IGBT:n kyllästysvalvontamenetelmään on valvonnan perustuminen IGBT-modulin läpi kulkevaan virtaan, sen yli olevan jännitteen mittaamisen asemesta. IGBT-modulin läpi kulkeva virta aiheuttaa pienen jännitehäviön IGBT-modulin sisällä olevassa DC-miinuskiskossa. Jännitehäviön suuruus riippuu modulin läpi kulkevan virran suuruudesta. Jännitehäviö voidaan mitata kahden mittapisteen välisenä jännite-erona. Kun jännite-ero mittapisteiden välillä kasvaa tarpeeksi suureksi, IGBT:n voidaan olettaa olevan oikosulussa ja laukaisu voidaan suorittaa. Kyllästystilan havaitsemista kuitenkin vaikeuttaa se, että kyseisen DC-miinuskiskon läpi kulkee moottorivirta. Moottorivirran aiheuttamat jännite-erot on pystyttävä erottamaan luotettavasti oikosulkutilanteesta. Lisäksi komponentin ylikuormitettavuusvaatimukset lisäävät kytkennän toteuttamisen vaikeutta. Komponenttia voidaan hetkellisesti ylikuormittaa moninkertaisella nimellisvirralla eikä tämäkään tilanne saa johtaa laukaisuun.Kyllästysvalvonta toteutetaan taajuusmuuttajaan, joka on tunnetusti varsin häiriöinen ympäristö. DC-miinuskiskon mittapisteiden välissä on tämän johdosta havaittavissa virrasta riippuvan jännite-eron lisäksi erittäin voimakkaita kytkentäilmiöistä johtuvia häiriöitä. Myös muiden IGBT-modulien kytkentäilmiöistä johtuvat häiriöt kytkeytyvät kyllästysvalvontakytkentään ja vaikeuttavat osaltaan sen toteuttamista.

In this work IGBT saturation detection has been examined. The main difference to the commonly used IGBT saturation detection is that this work is based on measuring current flowing through IGBT module instead of measuring its voltage. The current flowing through IGBT module causes a little voltage loss in a DC minus bus, which is inside the IGBT module. The voltage loss depends on the amount of current flowing through the module. The voltage loss can be measured as a voltage difference between two measuring points. When the voltage difference grows big enough, it can be assumed that IGBT is in short circuit and trip can be executed. Saturation detection is made harder by the motor current flowing through DC minus bus. The voltage difference caused by the motor current must be reliably differed from the current caused by short circuit. Also demands for component overloading makes it harder to implement the circuit. Components can be overloaded instantly for several times their nominal current and it is not allowed to cause the trip. Saturation detection is implemented to frequency converter, which is known to be extremely noisy surrounding. Because of this it is possible to detect very strong noise in the DC minus bus caused by switching actions. Also the switching actions of other IGBT modules connect to the saturation detection circuit. This is the why the circuit is hard to implement.