IGBT損壞的解決對策與故障處理

　　1.過電流損壞

　　為了避免IGBT發(fā)生鎖定效應(yīng)而損壞，在電路設(shè)計中應(yīng)保證IGBT的最大工作電流應(yīng)不超過IGBT的IDM值，同時注意可適當(dāng)加大驅(qū)動電阻RG的辦法延長關(guān)斷時間，減小IGBT的di/dt。驅(qū)動電壓的大小也會影響IGBT的鎖定效應(yīng)，驅(qū)動電壓低，承受過電流時間長，IGBT必須加負(fù)偏壓，IGBT生產(chǎn)廠商一般推薦加－5V左右的反偏電壓。在有負(fù)偏壓情況下，驅(qū)動正電壓在10~15V 之間，IGBT發(fā)射極的電流可在5~10μs內(nèi)超過額定電流的4~10倍，所以IGBT必須設(shè)有驅(qū)動負(fù)偏壓。

　　由于負(fù)載沖擊特性各不相同，且供電的設(shè)備可能發(fā)生電源短路故障，所以在設(shè)計中采取限流措施對IGBT的電流限制也是必須的，可考慮采用IGBT廠家提供的驅(qū)動厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它們可對IGBT的集電極電壓進(jìn)行檢測，如果IGBT發(fā)生過電流，內(nèi)部電路關(guān)閉驅(qū)動信號。這種辦法有時還是不能保護(hù)IGBT，根據(jù) IR 公司的資料，IR 公司推薦的短路保護(hù)方法是：首先檢測通態(tài)壓降VCE，如果VCE超過設(shè)定值，保護(hù)電路馬上將驅(qū)動電壓降為8V，于是IGBT 由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)入放大區(qū)，通態(tài)電阻增大，短路電流下降，經(jīng)過4μs連續(xù)檢測通態(tài)壓降VCE，如果正常，將驅(qū)動電壓恢復(fù)正常，如果未恢復(fù)，將驅(qū)動信號關(guān)閉，使集電極電流減為零，這樣可實現(xiàn)短路電流軟關(guān)斷，可以避色快速關(guān)斷造成過大的di/dt損壞

　　IGBT，另外根據(jù)最新三菱公司IGBT 資料，三菱推出的F系列IGBT的均內(nèi)含過流限流電路（RTC 電路），如圖1所示，當(dāng)發(fā)生過電流，10μs內(nèi)將IGBT的驅(qū)動電壓減為9V，配合M57160AL厚膜驅(qū)動電路可以快速軟關(guān)斷保護(hù)IGBT。在逆變橋的同臂支路兩個驅(qū)動信號必須是互鎖的，而且應(yīng)該設(shè)置死區(qū)時間（即共同不導(dǎo)通時間）。

　　圖1 三菱F系列IGBT的RCT 電路

　　2.過電壓損壞

　　防止過電壓損壞方法有優(yōu)化主電路的工藝結(jié)構(gòu)，通過縮小大電流回路的路徑來減小線路寄生電感；適當(dāng)增加IGBT 驅(qū)動電阻RG使開關(guān)速度減慢（但開關(guān)損耗也增加了）；設(shè)計緩沖電路，對尖峰電壓進(jìn)行抑制。用于緩沖電路中的二極管必須是快恢復(fù)二極管，電容必須是高頻、損耗小、頻率特性好的薄膜電容。這樣才能取得好的吸收效果。

　　IGBT的VGE的保證值為±20V，加到 IGBT上的VGE若超出保證值，將會導(dǎo)致IGBT損壞，因而在柵極—發(fā)射極之間的電壓不能超出保證值，此外，在柵極—發(fā)射極問開路時，若在集電極—發(fā)射極間加上電壓，隨著集電極電位的變化，由于有漏電流流過，柵極電位升高，集電極則有電流流過。如果此時在集電極—發(fā)射集間處于高電壓狀態(tài)時，可能使芯片發(fā)熱而損壞。在應(yīng)用中如果IGBT柵極回路處于開路狀態(tài)，若在主回路上加上電壓，也將導(dǎo)致IGBT損壞，為防止這類損壞情況發(fā)生，應(yīng)在IGBT的柵極、發(fā)射極之間接一只lOkΩ左右的阻。

　　由于IGBT的輸入端為MOSFET結(jié)構(gòu)，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般在20 - 30V 之間。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿也是IGBT失效的常見原因之一。為防止因靜電因素造成IGBT損壞，在IGBT應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）在測試或安裝拆卸IGBT時，手持IGBT組件時，勿觸摸 IGBT 驅(qū)動端子部分。當(dāng)必須要觸摸IGBT端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸。

　　（2）在用導(dǎo)電材料連接驅(qū)動端子時，在配線未布好之前不要接上IGBT端子。

　?。?）盡量在底板良好接地的情況下操作。

　?。?）在焊接作業(yè)時，焊機(jī)與焊槽之間的漏泄容易產(chǎn)生靜電壓，為了防止靜電的產(chǎn)生，應(yīng)將焊機(jī)處于良好的接地狀態(tài)下。

　　在應(yīng)用中有時雖然保證了柵極驅(qū)動電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極問的電容耦合，也會產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來傳送驅(qū)動信號，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。

　　3.過熱損壞

　　可通過降額使用，加大散熱器，涂敷導(dǎo)熱膠，強(qiáng)制風(fēng)扇冷卻，設(shè)置過溫度保護(hù)等方法來解決過熱損壞問題。在安裝或更換IGBT時，應(yīng)十分重視IGBT與散熱片的接觸面狀態(tài)和旋緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞或散熱片散熱不良時將導(dǎo)致IGBT發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過高時將報警或停止IGBT工作。

　　IGBT焊機(jī)維修中的注意事項

　　1、如果IGBT模塊損壞，必須測量驅(qū)動板驅(qū)動線路是否損壞，同時測量電流互感器、三相整流橋、空氣開關(guān)等器件是否有問題。

　　2、IGBT對靜電敏感，攜帶過程中GE間應(yīng)短路，焊接時烙鐵應(yīng)可靠接地。

　　3、更換IGBT模塊時，要保持柵極短路小銅環(huán)不脫落，直到安裝完好，最后插控制線時，一手觸摸接地的金屬件，一手拔下銅環(huán)插好控制線，最后將觸摸接地金屬件的手拿開；要將散熱器上原有的導(dǎo)熱硅脂清除干凈，重新涂上新的導(dǎo)熱硅脂；安裝螺絲一定要均勻緊固好，讓器件與散熱器有良好接觸。

　　4、控制板與驅(qū)動板在更換過程中，要注意各插頭原有位置，一一插回。

　　5、更換IGBT模塊、快恢復(fù)二極管模塊（20040模塊、150S60U硬開關(guān)焊機(jī)用電壓型快恢復(fù)二極管模塊）、三相整流橋模塊等半導(dǎo)體模塊時，拆下舊模塊后，先用干凈的抹布將散熱器上原有的導(dǎo)熱硅脂擦干凈，然后在模塊的底板上涂上適量的新的導(dǎo)熱硅脂，將模塊安裝在相應(yīng)的位置，模塊上緊后底板周圍應(yīng)該都能看到少量的導(dǎo)熱硅脂溢出。

　　6、安裝各類半導(dǎo)體模塊時，各個固定螺絲應(yīng)該均勻上緊，切不可一個一個的上緊（容易造成半導(dǎo)體模塊一邊緊固，一邊被強(qiáng)行支空從而出現(xiàn)接觸不良）。

　　7、遇到風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)時，首先要檢查三相電中風(fēng)機(jī)接的兩相，檢查接線是否有問題，檢查啟動電容，都沒問題后再檢查更換風(fēng)機(jī)。