传统 IGBT 高栅压降耗伴随短路失效风险！飞仕得 1FHD0440 革新驱动技术，攻克高栅压隐患，大幅降低输电损耗，助力电网工程每年节省千万电费，安全高效双升级。

1. 引言

IGBT作为柔直核心设备-换流阀的关键器件，控制其稳定可靠以及低损耗工作的驱动器技术对于柔直换流阀显得尤为重要。目前，传统IGBT驱动器的全半桥混联柔性直流输电换流系统损耗在0.8%左右，其降损效果有限，损耗率偏高。以区外送电10GW柔直工程每年输送450亿度电为例，使用传统IGBT驱动技术每年换流阀损耗超过3.6亿度电，以每度0.33元计算，损失超过1.188亿元，直接影响经济效益。

飞仕得隆重推出的1FHD0440，通过提升栅极电压可有效帮助客户降低损耗提升效率，同时解决了高栅极电压带来的IGBT短路失效风险，本文将着重从这两个方面来介绍。

图1 1FHD0440效果图

核心优势：                                                                                    典型应用：

√  适用4500V的IHM-B封装IGBT模块                                           √  HVDC

√  通用光纤接口                                                                            √  STATCOM

√  高栅极电压控制                                                                         √ SSCB

2. 提高栅压降低通态损耗

IGBT损耗主要包括导通损耗和开关损耗，由于VSC-HVDC采用全半桥混联方式，输出波形阶梯多，所以很低的开关频率就可以带来很好的波形质量，谐波含量极低。VSC-HVDC应用中开关频率一般仅有100~300Hz，为普通变流器的十分之一左右，开关损耗低。因此降低IGBT的导通损耗成为重中之重，其最有效方案就是通过提升IGBT的栅极电压来降低VCE饱和压降，从而降低导通损耗。

以IGBT模块（FZ1200R45HL3_S7）为例，其IC、VCE以及VGE关系如下，Tvj=@150℃：

在T_vj=150℃、I_C=1200A情况下，栅极电压从15V提升到25V，V_CE导通压降从3V降低到了2.65V，减少了约0.35V，导通损耗可减少420W，降比可以达到12%。

所以1FHD0440在IGBT完全开通后，将栅压从15V提升到了25V，其正常的栅极波形如下图所示：

3.高栅压带来的短路失效风险

提高栅压可以降低IGBT的导通损耗，但同样会带来其他风险。下图为某一1200V的IGBT模块栅极电压、短路电流和最大短路时间关系图，有助于我们理解高栅压带来的短路失效风险。

从图中可知，随着栅极电压的抬升，模块的短路电流会变大，因为IGBT芯片耐受的短路能量是一定的，其短路耐受时间同步变小，最小至4us左右。所以当IGBT栅压提高到25V情况下，通用的利用短路退饱和原理来进行短路保护已经无法满足需求，模块短路失效风险极高。

4. 高栅压短路保护技术

飞仕得利用di/dt短路保护响应速度快的优势，配合传统的VCE短路保护即可保证IGBT安全关断，我们通过模拟一类短路和二类短路工况来进行验证，其测试条件及短路保护波形如下所示：

从上图一类及二类短路保护波形可以看出，1FHD0440利用di/dt短路保护功能快速识别短路故障后，主动调节栅极电压，以便VCE短路保护功能最终确认短路故障并执行软关断，使得IGBT可以安全可靠地关断。

5. 产品应用

1FHD0440不仅可以用在HVDC，STATCOM等场景，也可以用在电网级或算力中心的固态断路器（Solid State Circuit Breaker, SSCB）场景。在SSCB场景中，设备在正常工作中一直处于常通状态，只有当发生故障时才启动设备将故障隔离。所以提高栅压降低导通压降，可帮助此类应用显著减少损耗，工程意义巨大。