The demand for protection of power electronic application has during the last couple of vears increased regarding the high-power IGBT modules. Even with an active protection, a high power IGBT still has a risk of exhibiting a violent rupture in the case of a fault if IGBT Fuses do not protect it. By introducing fuses into the circuit this will increase the circuit inductance and slight inductance over-voltage during the turn-off of the diode and the IGBT. It is therefore vital when using fuses that the added inductance is kept at a minimum. This paper discuss three issues regarding the IGBT Fuse protection of adding inductance of existing High-speed and new Typower Fuse protection. First, the problem of adding inductance of exiting High-speed and new Typower Fuse DC-link circuit is treated, second a short discussion of protection of the IGBT module is done, and finally, the impect of the high frwquency loading on the currying capability of the fuses is presented.
The demand for protection of power electronic applications has during the last couple of years increased regarding the high-power IGBT modules. Even with an active protection, a high power IGBT still has a risk of exhibiting a violent rupture in the case of a fault if IGBT Fuses do not protect it. By introducing fuses into the circuit this will increase the circuit inductance and slight increase the over-voltage during the turn-off of the diode and the IGBT. It is therefore vital when using fuses that the added inductance is kept at a minimum. This paper discuss three issues regarding the IGBT Fuse protection. First, the problem of adding inductance of existing High-Speed and new Typower fuses in DC-link circuit is treated, second a short discussion of the protection of the IGBT module is done, and finally, the impact of the high frequency loading on the current carrying capability of the fuses is presented.
This paper introduces the main function and protection method of IGBT gate driver that designed by KOROS. Recently, the applications of insulated gate bipolar transistors(IGBTs) have expanded widely, particularly in the area of railway converters. This driver is suitable for railway traction applications, so they are designed for circumstance of railway vehicle such as vibration. The input control power for this driver is supplied from battery charger of railway. it is no necessary an isolated power supply board or auxiliary power supply, with substantial savings in cost and space in railway applications. This gate driver can be used wide range of input voltage. So, performance of the driver has no relation with the battery voltage(70V∼110V). The protection methods of IGBT gate driver have many kind of ways, but this gate driver it designed to apply to converter for railway system, so this gate driver includes protection for arm short current and low control power voltage, etc. And the process of protection method and protection reference value are optimized by means of sufficient test with our own facilities.
IGBT modules are designed for low loss, rugged for all environments and user friendly. Low on state saturation voltage with high switching speed is the primary concerns. In this paper selection of IGBT, module ratings and characteristics are discussed. The IGBT design topic of protection against over voltage and over current are covered. Emphasis on turn off switching, short circuit switching and necessary precautions are dealt. Selection of IGBT device, gate drive power, and its lay out considerations are covered in detail.
The IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) is a power semiconductor device that has gained acceptance among circuit design engineers for motor drive and power converter applications. IGBT devices(International Rectifier, Proposed proposed model etc) have the best features of both power MOSFETs and power bipolar transistors, i.e., efficient voltage gate drive requirememts and high current density capability. When designing circuit and systems that utilize IGBTs or other power semiconductor devices, circuit simulations are needed to examine how the devices affect the behavior of the circuit. The interaction of the IGBT with the load circuit can be described using the device model and the state equation of the load circuit. The voltage rise rate at turn-off for inductive loads varies significantly for IGBTs with different base life times, and this rate of rise is important in determing the voltage overshoot for a given series resistor-inductor load circuit. Excessive voltage overshoot is potentially destructive, so a snubber protection circuit may be required. The protection circuit requirements are unique for the IGBT and can be examined using the model. The IGBT model in this paper is verified by comparing the results of the model with experimented results for various circuit operating conditions. The model performs well and describes experimented results accurately for the range of static and dynamic condition in which the device is intended to be operated.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.3
no.4
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pp.426-436
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1998
Identification of fault current during the operation of a power semiconductor switch and activation of suitable remedial actions are important for reliable operation of power converters. A short circuit is a basic and severe fault situation in a circuit structure such as voltage source converters. This paper presents a new active protection circuit for fast and precise clamping and safe shutdown of fault currents of the IGBTs. This circuit allows operation of the IGBTs with a higher on-state gate voltage, which can thereby reduce the conduction loss in the device without compromising the short circuit protection characteristics. The operation of the circuit is studied under various conditions, considering variation of temperature, rising rate of fault current, gate voltage value, and protection circuit parameters. An evaluation of the operation of the circuit is made using IGBTs from different to confirm the effectiveness of the protection circuit.
Cordeiro, Armando;Palma, Joao C.P.;Maia, Jose;Resende, Maia J.
Journal of Power Electronics
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v.14
no.6
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pp.1272-1280
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2014
This paper presents solutions for fault detection and diagnosis of two-level, three phase voltage-source inverter (VSI) topologies with IGBT devices. The proposed solutions combine redundant standby VSI structures and contactors (or relays) to improve the fault-tolerant capabilities of power electronics in applications with safety requirements. The suitable combination of these elements gives the inverter the ability to maintain energy processing in the occurrence of several failure modes, including short-circuit in IGBT devices, thus extending its reliability and availability. A survey of previously developed fault-tolerant VSI structures and several aspects of failure modes, detection and isolation mechanisms within VSI is first discussed. Hardware solutions for the protection of power semiconductors with fault detection and diagnosis mechanisms are then proposed to provide conditions to isolate and replace damaged power devices (or branches) in real time. Experimental results from a prototype are included to validate the proposed solutions.
Seo, Young-Soo;Baek, Dong-Hyun;Lim, Young-Bae;Kim, Young-Chun;Cho, Moon-Taek;Seo, Soo-Ho
Proceedings of the KIEE Conference
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1994.07a
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pp.562-564
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1994
IGBT devices have the best features of both power MOSFETs and power bipolar transistors, i. e., efficient voltage gate drive requirements and high current density capability. The interaction of the IGBT with the load circuit can be described using the device model and the state equation of the load circuit. The protection circuit requirements are unique for the IGBT and can be examined using the model.
Ryoo, Hong-Je;Kim, Jong-Soo;Rim, Geun-Hie;Goussev, G.I.;Sytykh, D.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.1
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pp.88-99
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2007
In this paper, a novel new pulse power generator based on IGBT stacks is proposed for pulse power application. Because it can generate up to 60kV pulse output voltage without any step- up transformer or pulse forming network, it has advantages of fast rising time, easiness of pulse width variation and rectangular pulse shape. Proposed scheme consists of series connected 9 power stages to generate maximum 60kV output pulse and one series resonant power inverter to charge DC capacitor voltage. Each power stages are configured as 8 series connected power cells and each power cell generates up to 850VDC pulse. Finally pulse output voltage is applied using total 72 series connected IGBTs. To reduce component for gate power supply, a simple and robust gate drive circuit is proposed. For gating signal synchronization, full bridge invertor and pulse transformer generates on-off signals of IGBT gating with gate power simultaneously and it has very good characteristics of short circuit protection.
The on-line measurement of high-power IGBT collector current is important for the hierarchical control and short-circuit and overcurrent protection of its driver and the sensorless control of the converter. The conventional on-line measurement methods for IGBT collector current are not suitable for engineering measurement due to their large-size, high-cost, low-efficiency sensors, current transformers or dividers, etc. Based on the gate driver, this paper has proposed a current measuring circuit for IGBT collector current. The circuit is used to conduct non-intervention on-line measurement of IGBT collector current by detecting the voltage drop of the IGBT power emitter and the auxiliary emitter terminals. A theoretical analysis verifies the feasibility of this circuit. The circuit adopts an operational amplifier for impedance isolation to prevent the measuring circuit from affecting the dynamic performance of the IGBT. Due to using the scheme for integration first and amplification afterwards, the difficult problem of achieving high accuracy in the transient-state and on-state measurement of the voltage between the terminals of IGBT power emitter and the auxiliary emitter (uEe) has been solved. This is impossible for a conventional detector. On this basis, the adoption of a two-stage operational amplifier can better meet the requirements of high bandwidth measurement under the conditions of a small signal with a large gain. Finally, various experiments have been carried out under the conditions of several typical loads (resistance-inductance load, resistance load and inductance load), different IGBT junction temperatures, soft short-circuits and hard short-circuits for the on-line measurement of IGBT collector current. This is aided by the capacitor voltage which is the integration result of the voltage uEe. The results show that the proposed method of measuring IGBT collector current is feasible and effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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