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IGBT损坏原因和可靠性失效分析

IGBT在工作时容易受到容性或感性负责的冲击,超负荷甚至负责短路,容易导致IGBT损坏!具体有以下几种损坏原因.
1过电流损坏
锁定效应.IGBT为复合器件,其内部有寄生晶闸管,在规定漏极电流范围内,NPN的正偏压不足以使NPN晶体管导通,漏极电流大到一定程度,这个正偏压足以使NPN晶体管导通,近而使NPN或PNP晶体管处于饱和状态,于是寄生晶闸管开通,栅极失去控制,发生锁定效应后,集电极电流太大,造成太高功耗使IGBT损坏.
2长时间过流运行.长时间过流运行是指IGBT运行指标超过RB-SOA(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,设计电路必须达到RBSOA限定边界前立即关断器件,达到保护目的.
3短路超时(小于10us).短路超时是指IGBT承受电流值超出短路安全区所限定的最大边界,例如4-5倍额定电流时,必须在10US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必须更短时间关断.
2过电压损坏和静电损坏
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2006-05-11 19:24
IGBT关断时,由于电路存在电感成分,关断瞬间产生尖峰电压,如果尖峰电压超过最高峰值电压,就会造成击穿损坏.过压损坏分为集电极-和栅级过压/栅极-发射极过压/高du/dt过压等.多数过压保护电路设计完善,但对于高du/dt所导致的过压故障,基本上采用无感电容或者RCD吸收.由于吸收电路设计吸收容量不够造成的器件损坏,对此可采用电压钳位,往往在集电极-栅极并接交纳二极管,采用栅极电压动态控制,如果集电极电压瞬间超过二极管的钳位电压时,超出电压将叠加在栅极上(米勒效应起作用),避免了因集电极-发射极过压损坏.
采用电压动态控制可以解决过高的du/dt带来的CE结瞬间过压问题,但是它的弊端是当IGBT处于感性负载时,半桥结构处于关断的IGBT ,由于其反并联续流二极管的恢复,其CE结电压上升,从而承受更高的du/dt.多数情况下,该du/dt值要比正常关短是CE结电压上升率高,由于米勒电容的存在,该du/dt值将在CG结产生瞬间电流,流向栅极驱动电路.该电流与栅极电路阻抗作用,直接导致GE结电压升高,超过开通门限电压值.使IGBT被误出发导通,导致桥臂短路.
3过热损坏
过热损坏是说结温Tj超过晶片最大温度设定,为此在结温限制在以Tjnax150度的NPN技术为主流以下!
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lyjy
LV.7
3
2006-05-11 22:52
@zhouchuanming
IGBT关断时,由于电路存在电感成分,关断瞬间产生尖峰电压,如果尖峰电压超过最高峰值电压,就会造成击穿损坏.过压损坏分为集电极-和栅级过压/栅极-发射极过压/高du/dt过压等.多数过压保护电路设计完善,但对于高du/dt所导致的过压故障,基本上采用无感电容或者RCD吸收.由于吸收电路设计吸收容量不够造成的器件损坏,对此可采用电压钳位,往往在集电极-栅极并接交纳二极管,采用栅极电压动态控制,如果集电极电压瞬间超过二极管的钳位电压时,超出电压将叠加在栅极上(米勒效应起作用),避免了因集电极-发射极过压损坏.采用电压动态控制可以解决过高的du/dt带来的CE结瞬间过压问题,但是它的弊端是当IGBT处于感性负载时,半桥结构处于关断的IGBT,由于其反并联续流二极管的恢复,其CE结电压上升,从而承受更高的du/dt.多数情况下,该du/dt值要比正常关短是CE结电压上升率高,由于米勒电容的存在,该du/dt值将在CG结产生瞬间电流,流向栅极驱动电路.该电流与栅极电路阻抗作用,直接导致GE结电压升高,超过开通门限电压值.使IGBT被误出发导通,导致桥臂短路.3过热损坏过热损坏是说结温Tj超过晶片最大温度设定,为此在结温限制在以Tjnax150度的NPN技术为主流以下!
漫谈吧!
1,我想节能型逆变焊机应该引入寿命慨念,美国机保用3年,日本机保用5年,对恶劣条件工作的焊机很合理.
2,"电路"实际上差别不大,过于迷信电路"神奇"没有依据!主要是工艺,用料,配置.国产的几个品牌的炸管很少了.
3,工艺不良炸管,例如IGBT吸收板,用PCB板,烧焦炸IGBT很多,明智的厂早就去掉了.
4,"大电解电容坏"炸管,如并上CBB--3μ以上电容就好得多.
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2006-05-12 09:26
@lyjy
漫谈吧!1,我想节能型逆变焊机应该引入寿命慨念,美国机保用3年,日本机保用5年,对恶劣条件工作的焊机很合理.2,"电路"实际上差别不大,过于迷信电路"神奇"没有依据!主要是工艺,用料,配置.国产的几个品牌的炸管很少了.3,工艺不良炸管,例如IGBT吸收板,用PCB板,烧焦炸IGBT很多,明智的厂早就去掉了.4,"大电解电容坏"炸管,如并上CBB--3μ以上电容就好得多.
IGBT损坏解决对策
1过电流损坏
为避免IGBT发生锁定效应损坏,电路设计应保证器件最大工作电流不超过IGBT的Idm值,同时通过加大驱动电阻延长关断时间,减少器件的di/dt.驱动电压太小影响IGBT锁定效应,驱动电压低承受过流时间长,IGBT必须加负电压,生产厂家一般推荐加-5V左右的反偏压.再有负偏压的情况下,驱动电压在10-15V之间,IGBT发射极电流可在5-10us内超过额定电流的4-10倍,所以IGBT最好设有负偏压,由于变换器负载冲击特性各不相同,且供电设备可能发生电源故障短路,所以变换器设计采取限流措施进行电流限制,IGBT厂家提供的厚膜集成电路(840.841.57959.57962)它们是对IGBT的集电极电压检测,如果发生过流,内部关闭信号,但是这种方法还是不能保护IGBT,炸管的现象比较多!!!
IR公司推荐短路方法是:首先检测通态压降Uce,如果超过设定值,保护电路把电压 降为8V,于是IGBT由饱和状态转入放大区,通态电阻增大,短路电流下降,经过4us连续检测通态压降UCE.如果正常,将驱动电压恢复正常;如果未恢复,将驱动信号关闭,使集电极电流变为0.这样实现短路电流软关断,可以避免快速关断造成过大的di/dt损坏器件!
三菱公司最新资料:公司推出F系列IGBT内含过流限制电路.过流发生时,10us将IGBT启动电压减为9V,配合M57160L驱动厚膜可以快速软关断保护器件!在逆变桥的同臂支路上两个驱动信号必须是户锁的,而且应该设置死区时间(共同不导通时间).!!!!!!!
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lyjy
LV.7
5
2006-05-12 10:02
@zhouchuanming
IGBT损坏解决对策1过电流损坏为避免IGBT发生锁定效应损坏,电路设计应保证器件最大工作电流不超过IGBT的Idm值,同时通过加大驱动电阻延长关断时间,减少器件的di/dt.驱动电压太小影响IGBT锁定效应,驱动电压低承受过流时间长,IGBT必须加负电压,生产厂家一般推荐加-5V左右的反偏压.再有负偏压的情况下,驱动电压在10-15V之间,IGBT发射极电流可在5-10us内超过额定电流的4-10倍,所以IGBT最好设有负偏压,由于变换器负载冲击特性各不相同,且供电设备可能发生电源故障短路,所以变换器设计采取限流措施进行电流限制,IGBT厂家提供的厚膜集成电路(840.841.57959.57962)它们是对IGBT的集电极电压检测,如果发生过流,内部关闭信号,但是这种方法还是不能保护IGBT,炸管的现象比较多!!!IR公司推荐短路方法是:首先检测通态压降Uce,如果超过设定值,保护电路把电压降为8V,于是IGBT由饱和状态转入放大区,通态电阻增大,短路电流下降,经过4us连续检测通态压降UCE.如果正常,将驱动电压恢复正常;如果未恢复,将驱动信号关闭,使集电极电流变为0.这样实现短路电流软关断,可以避免快速关断造成过大的di/dt损坏器件!三菱公司最新资料:公司推出F系列IGBT内含过流限制电路.过流发生时,10us将IGBT启动电压减为9V,配合M57160L驱动厚膜可以快速软关断保护器件!在逆变桥的同臂支路上两个驱动信号必须是户锁的,而且应该设置死区时间(共同不导通时间).!!!!!!!
对使用,维修者来讲,恢复到原水平也尽力了,无非擦灰,吹干.
机器好孬差别很大,没有维修价值只好放弃,烂机劝说报废!有修好价值的机要高价!!认真修好,我们修机就是走"程序"!!不谈换几个电阻,电容什么的,那样说就修不好.
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2006-05-12 10:10
@lyjy
对使用,维修者来讲,恢复到原水平也尽力了,无非擦灰,吹干.机器好孬差别很大,没有维修价值只好放弃,烂机劝说报废!有修好价值的机要高价!!认真修好,我们修机就是走"程序"!!不谈换几个电阻,电容什么的,那样说就修不好.
2过电压损坏
防止过压损坏方法有:
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2006-05-12 16:43
能分析一下,炸管的原因吗
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dongman
LV.4
8
2006-05-12 19:58
@zhouchuanming
IGBT关断时,由于电路存在电感成分,关断瞬间产生尖峰电压,如果尖峰电压超过最高峰值电压,就会造成击穿损坏.过压损坏分为集电极-和栅级过压/栅极-发射极过压/高du/dt过压等.多数过压保护电路设计完善,但对于高du/dt所导致的过压故障,基本上采用无感电容或者RCD吸收.由于吸收电路设计吸收容量不够造成的器件损坏,对此可采用电压钳位,往往在集电极-栅极并接交纳二极管,采用栅极电压动态控制,如果集电极电压瞬间超过二极管的钳位电压时,超出电压将叠加在栅极上(米勒效应起作用),避免了因集电极-发射极过压损坏.采用电压动态控制可以解决过高的du/dt带来的CE结瞬间过压问题,但是它的弊端是当IGBT处于感性负载时,半桥结构处于关断的IGBT,由于其反并联续流二极管的恢复,其CE结电压上升,从而承受更高的du/dt.多数情况下,该du/dt值要比正常关短是CE结电压上升率高,由于米勒电容的存在,该du/dt值将在CG结产生瞬间电流,流向栅极驱动电路.该电流与栅极电路阻抗作用,直接导致GE结电压升高,超过开通门限电压值.使IGBT被误出发导通,导致桥臂短路.3过热损坏过热损坏是说结温Tj超过晶片最大温度设定,为此在结温限制在以Tjnax150度的NPN技术为主流以下!
看起来有点深奥.
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2006-05-13 08:36
资料来源与IGBT应用电路!本人大概整理一下!!
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qazwsx
LV.2
10
2008-10-04 23:25
某图啊
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