IGBT損壞的解決對(duì)策與故障處理
1.過(guò)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(jì)中應(yīng)保證IGBT的最大工作電流應(yīng)不超過(guò)IGBT的IDM值，同時(shí)注意可適當(dāng)加大驅(qū)動(dòng)電阻RG的辦法延長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間，減小IGBT的di/dt。驅(qū)動(dòng)電壓的大小也會(huì)影響IGBT的鎖定效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電壓低，承受過(guò)電流時(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)正電壓在10~15V 之間，IGBT發(fā)射極的電流可在5~10μs內(nèi)超過(guò)額定電流的4~10倍，所以IGBT必須設(shè)有驅(qū)動(dòng)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(jì)中采取限流措施對(duì)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(dòng)厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它們可對(duì)IGBT的集電極電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果IGBT發(fā)生過(guò)電流，內(nèi)部電路關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這種辦法有時(shí)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(cè)通態(tài)壓降VCE，如果VCE超過(guò)設(shè)定值，保護(hù)電路馬上將驅(qū)動(dòng)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(guò)4μs連續(xù)檢測(cè)通態(tài)壓降VCE，如果正常，將驅(qū)動(dòng)電壓恢復(fù)正常，如果未恢復(fù)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)閉，使集電極電流減為零，這樣可實(shí)現(xiàn)短路電流軟關(guān)斷，可以避色快速關(guān)斷造成過(guò)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(guò)流限流電路（RTC 電路），如圖1所示，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流，10μs內(nèi)將IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓減為9V，配合M57160AL厚膜驅(qū)動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須是互鎖的，而且應(yīng)該設(shè)置死區(qū)時(shí)間（即共同不導(dǎo)通時(shí)間）。
圖1 三菱F系列IGBT的RCT 電路
2.過(guò)電壓損壞
防止過(guò)電壓損壞方法有優(yōu)化主電路的工藝結(jié)構(gòu)，通過(guò)縮小大電流回路的路徑來(lái)減小線路寄生電感；適當(dāng)增加IGBT 驅(qū)動(dòng)電阻RG使開(kāi)關(guān)速度減慢（但開(kāi)關(guān)損耗也增加了）；設(shè)計(jì)緩沖電路，對(duì)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(huì)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(wèn)開(kāi)路時(shí)，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(guò)，柵極電位升高，集電極則有電流流過(guò)。如果此時(shí)在集電極—發(fā)射集間處于高電壓狀態(tài)時(shí)，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(kāi)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(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)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(jiàn)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)：
（1）在測(cè)試或安裝拆卸IGBT時(shí)，手持IGBT組件時(shí)，勿觸摸 IGBT 驅(qū)動(dòng)端子部分。當(dāng)必須要觸摸IGBT端子時(shí)，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(dòng)端子時(shí)，在配線未布好之前不要接上IGBT端子。
（3）盡量在底板良好接地的情況下操作。
（4）在焊接作業(yè)時(shí)，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(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)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(wèn)的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，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(guò)熱損壞
可通過(guò)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(guò)溫度保護(hù)等方法來(lái)解決過(guò)熱損壞問(wèn)題。在安裝或更換IGBT時(shí)，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(shí)將導(dǎo)致IGBT發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對(duì)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(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT工作。
IGBT焊機(jī)維修中的注意事項(xiàng)
1、如果IGBT模塊損壞，必須測(cè)量驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)線路是否損壞，同時(shí)測(cè)量電流互感器、三相整流橋、空氣開(kāi)關(guān)等器件是否有問(wèn)題。
2、IGBT對(duì)靜電敏感，攜帶過(guò)程中GE間應(yīng)短路，焊接時(shí)烙鐵應(yīng)可靠接地。
3、更換IGBT模塊時(shí)，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(shí)，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(kāi)；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(dòng)板在更換過(guò)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(kāi)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(shí)，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(shí)，各個(gè)固定螺絲應(yīng)該均勻上緊，切不可一個(gè)一個(gè)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(shí)，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(wèn)題，檢查啟動(dòng)電容，都沒(méi)問(wèn)題后再檢查更換風(fēng)機(jī)。