01

IGBT模塊常見測試

IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點；當前市場上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊；IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷追Q電力電子裝置的“CPU”，作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進，在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣，此類產(chǎn)品在市場上將越來越多見。

入手IGBT模塊我們應先對其進行一個常規(guī)檢測。那我們應該如何檢測呢？我們可以分為以下幾個方面：

1.判斷極性

首先將萬用表撥在R×1KΩ擋，用萬用表測量時，若某一極與其它兩極阻值為無窮大，調換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無窮大，則判斷此極為柵極(G )，其余兩極再用萬用表測量，若測得阻值為無窮大，調換表筆后測量阻值較小。在測量阻值較小的一次中，則判斷紅表筆接的為集電極(C);黑表筆接的為發(fā)射極(E)。

2.判斷好壞

將萬用表撥在R×10KΩ擋，用黑表筆接IGBT的集電極(C)，紅表筆接IGBT 的發(fā)射極(E)，此時萬用表的指針在零位。用手指同時觸及一下柵極(G)和集電極(C)，這時IGBT被觸發(fā)導通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極(G)和發(fā)射極(E)，這時IGBT被阻斷，萬用表的指針回零。此時即可判斷IGBT是好的。

3.檢測注意事項

任何指針式萬用表皆可用于檢測IGBT。注意判斷IGBT好壞時，一定要將萬用表撥在R×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內部電池電壓太低，檢測好壞時不能使IGBT導通，而無法判斷IGBT的好壞。此方法同樣也可以用于檢測功率場效應晶體管(P-MOSFET)的好壞。

調速系統(tǒng)中的核心“變頻器”是一個復雜的電子系統(tǒng)，易受到電磁環(huán)境的影響而發(fā)生損壞。工業(yè)系統(tǒng)運行過程中，生產(chǎn)工藝的連續(xù)性不允許系統(tǒng)停機，否則將意味著巨大的經(jīng)濟損失。特別是在一些特殊的應用場合，如自動化和宇宙空間系統(tǒng)、核能和危險的化學工廠中，更不允許逆變器因故障停機，規(guī)避異常停機所造成的巨大經(jīng)濟損失。

02

常見問題及解決辦法

嚴格地說，在變頻器?電機構成的控制系統(tǒng)中任何一個功能單元、任何一個元器件發(fā)生故障都是可能的，但變頻器部分發(fā)生故障的幾率要遠遠高于電機。而在變頻器中，IGBT在使用過程中經(jīng)常受到容性或感性負載的沖擊，可能導致IGBT的損壞。那么造成IGBT模塊損壞的原因是什么呢?

(1)過電流損壞

①鎖定效應。IGBT為復合器件， 其內有一個寄生晶閘管，在規(guī)定的漏極電流范圍內，NPN的正偏壓不足以使NPN晶體管導通，當漏極電流大到一定程度時， 這個正偏壓足以使NPN晶體管開通，進而使NPN或PNP晶體管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開通，柵極失去了控制作用，便發(fā)生了鎖定效應。IGBT發(fā)生鎖定效應后，集電極電流過大，造成了過高的功耗而導致器件損壞。

②長時間過流運行。IGBT模塊長時間過流運行是指IGBT的運行指標達到或超出RBSOA(反偏安全工作區(qū))所限定的電流安全邊界(如選型失誤、安全系數(shù)偏小等)，出現(xiàn)這種情況時，電路必須能在電流到達RBSOA限定邊界前立即關斷器件，才能達到保護器件的目的。

③短路超時(>10us)。短路超時是指IGBT所承受的電流值達到或超出SCSOA(短路安全工作區(qū))所限定的最大邊界，比如4-5倍額定電流時，必須在10us之內關斷IGBT。如果此時IGBT所承受的最大電壓也超過器件標稱值，IGBT必須在更短的時間內被關斷。

(2)過電壓損壞和靜電損壞

IGBT在關斷時，由于逆變電路中存在電感成分，關斷瞬間產(chǎn)生尖峰電壓，如果尖峰電壓超過IGBT器件的最高峰值電壓，將造成IGBT擊穿損壞。IGBT過 電壓損壞可分為集電極柵極過電壓、柵極-發(fā)射極過電壓、高du/dt過壓電等。大多數(shù)過電壓保護的電路設計都比較完善，但是對于由高du/dt所導致的過電壓故障，基本上都是采用無感電容或者RCD結構吸收電路。由于吸收電路設計的吸收容量不夠而造成IGBT損壞，對此可采用電壓鉗位，往往在集電極-柵極兩端并接齊納二極管，采用柵極電壓動態(tài)控制，當集電極電壓瞬間超過齊納二極管的鉗位電壓時，超出的電壓將疊加在柵極上(米勒效應起作用)，避免了IGBT因受集電極發(fā)射極過電壓而損壞。

采用柵極電壓動態(tài)控制可以解決過高的du/dt帶來的集電極發(fā)射極瞬間過電壓問題，但是它的弊端是當IGBT處于感性負載運行時，半橋結構中處于關斷的IGBT，由于其反并聯(lián)二極管(續(xù)流二極管)的恢復，其集電極發(fā)射極兩端的電壓急劇上升，從而承受瞬間很高的du/dt。多數(shù)情況下，該du/dt值要比IGBT正常關斷時的集電極發(fā)射極電壓上升率高，由于米勒電容( Cres)的存在，該du/dt值將 在集電極和柵極之間產(chǎn)生一個 瞬間電流，流向柵極驅動電路。該電流與柵極電路的阻抗相互作用，直接導致柵極-發(fā)射極電壓UGE值的升高，甚至超過IGBT的開通門限電壓VGEth值。出現(xiàn)惡劣的情況就是使IGBT被誤觸發(fā)導通，導致變換器的橋臂短路。

(3)過熱損壞

過熱損壞一般指使用中IGBT模塊的結溫正超過晶片的最大溫度限定，目前應用的IGBT器件還是以Tjmax=150C的NPT技術為主流的，為此在IGBT模塊應用中其結溫應限制在該值以下。

(4)G-E間開放狀態(tài)下外加主電路電壓

在門極一發(fā)射極問開 放的狀態(tài)下外加主電路電壓，會使IGBT自動導通，通過過大的電流，使器件損壞(這種現(xiàn)象是由于G_E問在開放狀下，外加主電壓，通過IGBT的反向傳輸電容Cres給門極-發(fā)射極間的電毒充電，使IGBT導通而產(chǎn)生的)。在IGBT器件試驗時，通過旋轉開關等機械開關進行信號線的切換，由于切換時G_E間瞬間變?yōu)殚_放狀態(tài)，可能產(chǎn)生上述現(xiàn)象而損壞IGBT器件。另外，在機械開關出現(xiàn)振動的情況下，也存在同樣的時間段，可能損壞元件。為了防止這種損壞，必須先將主電路(C- -E間)的電壓放電至0V,再進行門極信號的切換。另外，對由多個IGBT器件(一組2個以上)構成的裝置在進行試驗等特性試驗時，測試IGBT器件以外的門極一發(fā)射極間必須予以短路。

(5)機械應力對產(chǎn)品的破壞

IGBT器件的端子如果受到強外力或振動，就會產(chǎn)生應力，有時會導致?lián)p壞IGBT器件內部電氣配線等情況。在將IGBT器件實際安裝到裝置上時，應避免發(fā)生類似的應力。如果不固定門極驅動用的印刷基板即安裝時，裝置在搬運時由于受到振動等原因，門極驅動用的印刷基板也振動，從而使IGBT器件的端子發(fā)生應力，引起IGBT器件內部電氣配線的損壞等問題。為了防止這種不良情況的發(fā)生，需要將門極驅動用的印刷基板固定。

如電氣配線用的+、一導體問有高低差時，IGBT器件的端子將處于不斷地承受向上拉伸應力的狀態(tài)，可能導致IGBT器件內部的電氣配線斷線等問題。為預防此類不良情況的發(fā)生加入導電性的襯墊使平行導體間的高低差消失。另外，若出現(xiàn)配線高度位置的偏離，同樣會使端子承受很大的拉伸應力或外力，也會出現(xiàn)同樣的不良情況。

以上就是IGBT模塊的常規(guī)檢查以及常見故障問題維修方法 。

審核編輯：劉清