发布者：zyp    来源：上海仰光电子科技有限公司     发布时间：2023-4-21

邦飞利变频器维修IGBT模块损坏的原因分析和故障处理方式

IGBT在使用过程中，经常受到容性或感性负载、过负荷甚至负载短路的冲击等，可能导致IGBT损坏。IGBT在使用时损坏的原因主要有以下几种情况：

(1)过电流损坏；
       1)擎锁定效应。IGBT为复合器件，其内有一个寄生晶体管，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，于是寄生晶体管开通，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的损坏。
       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(> 10Ps)。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10μs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dv/dt过电压等，大多数的过电压保护电路设计都比较完善，但是对于由高dv/dt所致的过电压故障，在设计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，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由于过高的dv/dt带来的集电极—发射极瞬间过压问题，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状态的IGBT，由于其反并联二极管（续流二极管）的恢复，使得其集电极—发射极两端的电压急剧上升，而承受瞬间很高的dv/dt，多数情况下该dv/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dv/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VGE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)G-E间开放状态下外加主电路电压
       在门极—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问在开放状下，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—发射极间必须予以短路。
(4)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。
如电气配线用的+、—导体问有高低差时，IGBT 器件的端子将处于不断地承受向上拉伸应力的状态，可能导致IGBT 器件内部的电气配线断线等问题。为预防此类不良情况的发生加入导电性的衬垫使平行导体间的高低差消失。另外，若出现配线高度位置的偏离，同样会使端子承受很大的拉伸应力或外力，也会出现同样的不良情况。
(5)过热损坏
       过热损坏一般指使用中IGBT的结温Tj超过芯片的最大温度限定，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应用中其结温应限制在该值以下。

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