IGBT在使用過程中經常受到容性或感性負載的沖擊,承受過負荷甚至負載短路等,可能導致IGBT損壞。 IGBT模塊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,其內有一個寄生晶閘管,在規定的漏極電流范圍內, NPN的正偏壓不足以使NPN晶體管導通,當漏極電流大到一定程度時,這個正偏壓足以使NPN 晶體管開通,進而使NPN 或PNP晶體管處于飽和狀態,于是寄生晶閘管開通,柵極失去了控制作用,便發生了鎖定效應。IGBT發生鎖定效應后,集電極電流過大,造成了過高的功耗而導致器件損壞。②長時間過流運行。IGBT模塊長時間過流運行是指 IGBT的運行指標達到或超出RBSOA(反偏安全工作區)所限定的電流安全邊界(如選型失誤、安全系數偏小等),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,由于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,但是對于由高 du/dt所導致的過電壓故障,基本上都是采用無感電容或者 RCD結構吸收電路。由于吸收電路設計的吸收容量不夠而造成IGBT 損壞,對此可采用電壓鉗位,往往在集電極-柵極兩端并接齊納二極管,采用柵極電壓動態控制,當集電極電壓瞬間超過齊納二極管的鉗位電壓時,超出的電壓將疊加在柵極上(米勒效應起作用),避免了 IGBT 因受集電極發射極過電壓而損壞。采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處于感性負載運行時,半橋結構中處于關斷的IGBT,由于其反并聯二極管(續流二極管)的恢復,其集電極-發射極兩端的
電壓急劇上升,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-發射極電壓上升率高,由于米勒電容( Cres)的存在,該du/dt值將在集電極和柵極之間產生一個瞬間電流,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模塊的結溫正超過晶片的最大溫度限定,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 模塊應用中其結溫應限制在該值以下。
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