IGBT損壞原因分析

2022-08-20 23:27:06 字數 1353 閱讀 8930

igbt模組損壞的原因

igbt在使用過程中經常受到容性或感性負載的衝擊,承受過負荷甚至負載短路等,可能導致igbt損壞。igbt模組在使用時的損壞原因主要有以下幾種情況。

(1)過電流損壞

①鎖定效應。 igbt為復合器件,其內有乙個寄生閘流體,在規定的漏極電流範圍內,npn的正偏壓不足以使npn電晶體導通,當漏極電流大到一定程度時,這個正偏壓足以使npn電晶體開通,進而使npn或pnp電晶體處於飽和狀態,於是寄生閘流體開通,柵極失去了控制作用,便發生了鎖定效應。igbt發生鎖定效應後,集電極電流過大,造成了過高的功耗而導致器件損壞。

②長時間過流執行。igbt模組長時間過流執行是指igbt的執行指標達到或超出rbsoa(反偏安全工作區)所限定的電流安全邊界(如選型失誤、安全係數偏小等),出現這種情況時,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)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,由於逆變電路中存在電感成分,關斷瞬間產生尖峰電壓,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-發射極過電壓、高du/dt過壓電等。大多數過電壓保護的電路設計都比較完善,但是對於由高du/dt所導致的過電壓故障,基本上都是採用無感電容或者rcd結構吸收電路。

由於吸收電路設計的吸收容量不夠而造成igbt損壞,對此可採用電壓鉗位,往往在集電極-柵極兩端並接齊納二極體,採用柵極電壓動態控制,當集電極電壓瞬間超過齊納二極體的鉗位電壓時,超出的電壓將疊加在柵極上(公尺勒效應起作用),避免了igbt因受集電極發射極過電壓而損壞。

採用柵極電壓動態控制可以解決過高的du/dt帶來的集電極發射極瞬間過電壓問題,但是它的弊端是當igbt處於感性負載執行時,半橋結構中處於關斷的igbt,由於其反併聯二極體(續流二極體)的恢復,其集電極-發射極兩端的電壓急劇上公升,從而承受瞬間很高的du/dt。多數情況下,該du/dt值要比igbt正常關斷時的集電極-發射極電壓上公升率高,由於公尺勒電容( cres)的存在,該du/dt值將在集電極和柵極之間產生乙個瞬間電流,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-發射極電壓uge值的公升高,甚至超過igbt的開通門限電壓uge(th)值。

出現惡劣的情況就是使igbt被誤觸發導通,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模組的結溫正超過晶元的最大溫度限定,目前應用的igbt器件還是以tjmax=150℃的npt技術為主流的,為此在igbt模組應用中其結溫應限制在該值以下。

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