V-CE Sensing for IGBT Protection in NPC Three Level Converters-Causes For Spurious Trippings and Their Elimination

Neutral point clamped (NPC), three level converters with insulated gate bipolar transistor devices are very popular in medium voltage, high power applications. DC bus short circuit protection is usually done, using the sensed voltage across collector and emitter (i.e., V-CE sensing), of all the devices in a leg. This feature is accommodated with the conventional gate drive circuits used in the two level converters. The similar gate drive circuit, when adopted for NPC three level converter protection, leads to false V-CE fault signals for inner devices of the leg. The paper explains the detailed circuit behavior and reasons, which result in the occurrence of such false V-CE fault signals. This paper also illustrates that such a phenomenon shows dependence on the power factor of the supplied three-phase load. Finally, experimental results are presented to support the analysis. It is shown that the problem can be avoided by blocking out the V-CE sense fault signals of the inner devices of the leg.

Measurement of IGBT switching characteristics and loss using coaxial current transformer

Device switching times and switching energy losses are required over a wide range of practical working conditions for successful design of insulated gate bipolar transistor (IGBT) based power converters. This paper presents a cost-effective experimental setup using a co-axial current transformer for measurement of IGBT switching characteristics and switching energy loss. Measurements are carried out on a 50A, 1200V IGBT (SKM50GB123D) for different values of gate resistance, device current and junction temperature. These measurements augment the technical data available in the device datasheet.Short circuit transients are also investigated experimentally under hard switched fault as well as fault under load conditions.

Comportamiento mecánico y eléctrico de un gel de silicona empleado en el encapsulamiento de transistores de potencia tipo IGBT

Resumen: Los materiales dieléctricos son ampliamente utilizados en el sector energético, estando a veces sometidos a condiciones de alto estrés eléctrico, mecánico y ambiental en general, que los ponen al borde de procesos y mecanismos de degradación que conllevan a una probable falla futura. Los geles dieléctricos han comenzado a ser ampliamente utilizados en aplicaciones de encapsulamiento de transistores de alta potencia tipo IGBTs (del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor), donde se manejan tensiones y corrientes considerables. En la mayoría de los casos, se necesita una protección para evitar descargas en fase gaseosa, ingreso de humedad al circuito y amortiguamiento mecánico para vibraciones. En el presente trabajo caracterizamos con diferentes técnicas aspectos destacables de este tipo de encapsulantes a base de un gel bifásico de silicona. Para observar el proceso de curado se empleó la técnica de espectroscopía de absorción infrarroja (FTIR), junto con la reología oscilatoria desde las propiedades mecánicas. A su vez, esta última, sirvió para comparar información provista por un novedoso concepto que implica observar a estas últimas desde el interior, a partir de la evolución de cavidades gaseosas generadas eléctricamente. Se comprobó que el comportamiento de estas cavidades es sensible a la historia previa del material, es decir, mecanismos de curado y envejecimiento previo.