風機變流器中IGBT驅動窄脈沖的影響與限制
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由空間電壓矢量合成原理可知：
依據IGBT開關特性，確定SVM允許的最小窄脈沖時間為tkmin；對于并網變流器，在電網穩定并滿足電流控制裕度的條件下，可確定三相逆變器交流側輸出矢量的最大幅值|Uomax|。則在7段式電壓空間矢量合成中，為避免SVM中零矢量的作用時間不低于t0min，可得：
可見，為限制窄脈沖的出現，必須提高Udc。
上面的討論基于7段式SVM合成方式，若改變合成方式，如使用5段式，由于零矢量的作用時間集中在開關周期的中間位置，即為整個的t0，需對式(3)進行修正：
值得關注的是，對于3段式電壓空間矢量合成，窄脈沖的出現與5段式或7段式不同。3段式電壓空間矢量合成，在調制度接近零及滿調制時，均出現窄脈沖，即在調制度接近零時，有效矢量產生窄脈沖，而滿調制時，零矢量產生窄脈沖。
4 死區設置方式對浪涌電壓的影響
以28335型DSP為例，PWM信號死區的設置采用非對稱方式，即同橋臂上下管采取正常關斷、延遲觸發的死區設置方式。圖4為低有效PWM模式下的波形。可見，這種不對稱死區設置方式對IGBT觸發脈沖和關斷脈沖的影響不同。死區設置減小了觸發脈寬但增加了關斷脈寬，并使關斷脈寬至少維持了2個死區時間。故其不良影響也不對稱，應區別對待。對死區設置減少了觸發脈寬這一現象，由于分析原理相同，對式(4)簡單修正即可。本文引用地址：http://www.j9360.com/article/175736.htm
目前大功率變流器死區時間一般設置為4μs左右，反并聯二極管由于存在死區，導通時間至少為兩個死區時間(8μs)，不會出現窄脈沖導通。但以圖1中a相為例，當輸出電流在過零換流時，ia方向不確定，故此時VD1，VD2均可能導通。若導通順序為VD1→VD2→V1或VD2→VD1→ V2時，二極管同樣會出現窄脈沖導通。但該情況發生時，二極管中流過電流很小，不會產生明顯的振蕩或浪涌尖峰。
IGBT驅動器一般都缺乏對反并聯二極管的足夠保護，故需特別關注大電流情況下，IGBT的驅動信號由于干擾或軟件設置錯誤等原因出現的微秒級及以下的關斷窄脈沖。此時，相當于同橋臂另一只IGBT的反并聯二極管出現未完全導通就立即關斷的行為，進而產生很大的du／dt和振蕩，多次反復后，將對IGBT模塊可靠運行產生很大威脅。這可能是IGBT模塊運行損壞的一個重要原因。
5 相關測試
由于窄脈沖對IGBT模塊的危害大小受驅動電阻、母排寄生電感、輸出電流等影響。為了進一步深入理解窄脈沖發生時的一些波形，以FF 1000R17模塊為例，對驅動窄脈沖進行測試。測試時直流側電容電壓1 009 V，測試脈寬1．7μs，圖5a為測試結果。其中，μG為IGBT門極驅動；uCE為IGBT CE端電壓；i為IGBT電流。可見，測試脈寬為1．7μs時，uCE關斷尖峰達到1．24 kV。為安全考慮，在反并聯二極管窄脈沖測試時降低直流側電壓至500 V，測試電流限定在250A以下，測試脈寬1．7μs，圖5b為測試結果。其中，μGZ為下側ICBT門極驅動；uCE1，uCE2皿分別為上側和下側IGBT CE端電壓。可見，在反并聯二極管窄脈沖測試情況下，IGBT端電壓不僅達到了直流側電壓的1．4倍左右，驅動信號本身也受到了嚴重干擾，且振蕩非常嚴重。
6 結論
分析了大功率風機變流器中窄脈沖對IGBT可靠運行帶來的嚴重危害，特別指出應充分關注反并聯二極管的窄脈沖行為。進一步分析了在矢量調制過程中窄脈沖產生原因和限制方法，以及死區不對稱設置對觸發脈寬和關斷脈寬的不同影響。對窄脈沖問題分析和避免有一定參考意義。
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