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igbt模块损坏的原因有哪些 igbt模块怎么测量好坏

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摘要:igbt模块损坏一般常见的原因有过电流损坏、过电压损坏、静电损坏、过热损坏、机械应力对产品的破坏等,要判断igbt模块的好坏,一般是用指针式万用表检测,将万用表拨在R×1KΩ挡,然后先判断igbt模块的极性,然后通过阻断和导通IGBT模块来测量好坏。下面一起来了解一下igbt模块损坏的原因有哪些以及igbt模块怎么测量好坏吧。

一、igbt模块损坏的原因有哪些

IGBT模块是能源变换与传输的核心器件,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车等领域有着广泛的应用。在使用过程中,IGBT模块受到容性或感性负载的冲击,可能导致模块损坏,一般igbt模块损坏的原因主要有:

1、过电流损坏

(1)锁定效应

IGBT为复合器件, 其内有一个寄生晶闸管,在规定的漏极电流范围内,NPN的正偏压不足以使NPN晶体管导通,当漏极电流大到一定程度时, 这个正偏压足以使NPN晶体管开通,进而使NPN或PNP晶体管处于饱和状态,于是寄生晶闸管开通,栅极失去了控制作用,便发生了锁定效应。IGBT发生锁定效应后,集电极电流过大,造成了过高的功耗而导致器件损坏。

(2)长时间过流运行

IGBT模块长时间过流运行是指IGBT的运行指标达到或超出RBSOA(反偏安全工作区)所限定的电流安全边界(如选型失误、安全系数偏小等),出现这种情况时,电路必须能在电流到达RBSOA限定边界前立即关断器件,才能达到保护器件的目的。

(3)短路超时(>10us)

短路超时是指IGBT所承受的电流值达到或超出SCSOA(短路安全工作区)所限定的最大边界,比如4-5倍额定电流时,必须在10us之内关断IGBT。如果此时IGBT所承受的最大电压也超过器件标称值,IGBT必须在更短的时间内被关断。

2、过电压损坏和静电损坏

IGBT在关断时,由于逆变电路中存在电感成分,关断瞬间产生尖峰电压,如果尖峰电压超过IGBT器件的最高峰值电压,将造成IGBT击穿损坏。IGBT过 电压损坏可分为集电极栅极过电压、栅极-发射极过电压、高du/dt过压电等。大多数过电压保护的电路设计都比较完善,但是对于由高du/dt所导致的过电压故障,基本上都是采用无感电容或者RCD结构吸收电路。由于吸收电路设计的吸收容量不够而造成IGBT损坏,对此可采用电压钳位,往往在集电极-栅极两端并接齐纳二极管,采用栅极电压动态控制,当集电极电压瞬间超过齐纳二极管的钳位电压时,超出的电压将叠加在栅极上(米勒效应起作用),避免了IGBT因受集电极发射极过电压而损坏。

采用栅极电压动态控制可以解决过高的du/dt带来的集电极发射极瞬间过电压问题,但是它的弊端是当IGBT处于感性负载运行时,半桥结构中处于关断的IGBT,由于其反并联二极管(续流二极管)的恢复,其集电极发射极两端的电压急剧上升,从而承受瞬间很高的du/dt。多数情况下,该du/dt值要比IGBT正常关断时的集电极发射极电压上升率高,由于米勒电容( Cres)的存在,该du/dt值将 在集电极和栅极之间产生一个 瞬间电流,流向栅极驱动电路。该电流与栅极电路的阻抗相互作用,直接导致栅极-发射极电压UGE值的升高,甚至超过IGBT的开通门限电压VGEth值。出现恶劣的情况就是使IGBT被误触发导通,导致变换器的桥臂短路。

3、过热损坏

过热损坏一般指使用中IGBT模块的结温正超过晶片的最大温度限定,目前应用的IGBT器件还是以Tjmax=150℃的NPT技术为主流的,为此在IGBT模块应用中其结温应限制在该值以下。

4、G-E间开放状态下外加主电路电压

在门极一发射极问开 放的状态下外加主电路电压,会使IGBT自动导通,通过过大的电流,使器件损坏(这种现象是由于G-E间在开放状下,外加主电压,通过IGBT的反向传输电容Cres给门极-发射极间的电毒充电,使IGBT导通而产生的)。在IGBT器件试验时,通过旋转开关等机械开关进行信号线的切换,由于切换时G_E间瞬间变为开放状态,可能产生上述现象而损坏IGBT器件。另外,在机械开关出现振动的情况下,也存在同样的时间段,可能损坏元件。为了防止这种损坏,必须先将主电路(C-E间)的电压放电至0V,再进行门极信号的切换。另外,对由多个IGBT器件(一组2个以上)构成的装置在进行试验等特性试验时,测试IGBT器件以外的门极一发射极间必须予以短路。

5、机械应力对产品的破坏

IGBT器件的端子如果受到强外力或振动,就会产生应力,有时会导致损坏IGBT器件内部电气配线等情况。在将IGBT器件实际安装到装置上时,应避免发生类似的应力。如果不固定门极驱动用的印刷基板即安装时,装置在搬运时由于受到振动等原因,门极驱动用的印刷基板也振动,从而使IGBT器件的端子发生应力,引起IGBT器件内部电气配线的损坏等问题。为了防止这种不良情况的发生,需要将门极驱动用的印刷基板固定。

二、igbt模块怎么测量好坏

判断IGBT模块是否损坏,一般需要先对其进行检测,igbt模块的检测一般分为两部分:

1、判断极性

首先将万用表拨在R×1KΩ挡,用万用表测量时,若某一极与其它两极阻值为无穷大,调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大,则判断此极为栅极(G),其余两极再用万用表测量,若测得阻值为无穷大,调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中,则判断红表笔接的为集电极(C);黑表笔接地为发射极(E)。

2、判断好坏

将万用表拨在R×10KΩ挡,用黑表笔接IGBT的集电极(C),红表笔接IGBT 的发射极(E),此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极(G)和集电极(C),这时IGBT被触发导通,万用表的指针摆向阻值较小的方向,并能站住指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极(G)和发射极(E),这时IGBT被阻断,万用表的指针回零。此时即可判断IGBT是好的。

三、IGBT模块检测注意事项

任何指针式万用表皆可用于检测IGBT。注意判断IGBT好坏时,一定要将万用表拨在R×10KΩ挡,因R×1KΩ挡以下各档万用表内部电池电压太低,检测好坏时不能使IGBT导通,而无法判断IGBT的好坏。

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