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變頻器功率模塊IGBT爆炸原因及改善措施
信息來源:   發布時間:2024-3-31   瀏覽:

首先,什么是IGBT

     IGBT功率模塊是以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)構成的功率模塊。由于IGBT模塊為MOSFET結構,IGBT的柵極通過一層氧化膜與發射極實現電隔離,具有出色的器件性能。IGBT功率模塊是電壓型控制,輸入阻抗大,驅動功率小,控制電路簡單,開關損耗小,通斷速度快,工作頻率高,元件容量大等優點,可正常工作于幾十kHz頻率范圍內。廣泛應用于伺服電機、變頻器、變頻家電等領域,在電力電子變流和控制中起著舉足輕重的作用。


第二、變頻器IGBT爆炸原因

由于IGBT的耐過流能力與耐過壓能力較差,一旦出現意外就會使它損壞。使用過程中,經常受到容性或感性負載、過負荷甚至負載短路的沖擊等,導致IGBT損壞甚至爆炸(模塊的損耗十分巨大,熱量散不出去,導致內部溫度極高,產生氣體,沖破殼體,這就是所謂的IGBT爆炸)。珠峰小編主要將他們為四類原因:


內部因素:

從爆炸的本質是發熱功率超過散熱功率,內部原因應該就是過熱。

人為因素

進線接在出線的端子上

變頻器接錯電源 

沒按要求接負載

常見原因

過電流:一種是負載短路,另一種是控制電路處邏輯受干擾,導致上下橋臂元件直通。

絕緣的損壞

過電壓:通常是線路雜散電感在極高的di/dt作用下產生的尖峰電壓而造成,解決的辦法就是設計高性能吸收回路,降低線路雜散電感。

過熱:IGBT不能完全導通,在有電流的情況下元件損耗增大,溫度增加導致損壞。

通訊誤碼率:通訊一段時間后,突然的錯誤信息導致IGBT誤導通使IGBT爆炸;通訊板FPGA程序運行不穩定導致IGBT誤導通使IGBT爆炸。

其他原因

電路中過流檢測電路反應時間跟不上。

IGBT短路保護是通過檢測飽和壓降,而留給執行機構的時間一般是10us(8倍過流)在上電的時候容易燒預充電電阻和制動單元里的IGBT。

工藝問題:銅排校著勁、螺絲擰不緊等。

短時大電流:原因也有很多,比如死區沒設置好、主電路過壓、吸收電路未做好。

驅動電源也是個應該特別注意的問題,該隔離加隔離、該濾波加濾波。

電機沖擊反饋電壓過大導致IGBT爆炸。但對于充電時爆炸的情況發生的概率不是很大。

電機啟動時,輸入測電壓瞬間跌落,電容放電。輸入測電壓恢復后電容充電時的浪涌電流過大致使IGBT爆炸。


第三、變頻器IGBT保護措施

     一般我們從過流、過壓、過熱三方面進行IGBT保護電路設計。IGBT承受過電流的時間僅為幾微秒,耐過流量小,因此使用IGBT首要注意的是過流保護。IGBT的過流保護可分為兩種情況:(1)驅動電路中無保護功能,我們可以在主電路中要設置過流檢測器件;(2)驅動電路中設有保護功能,由于不同型號的混合驅動模塊,其輸出能力、開關速度與du/dt的承受能力不同,使用時要根據實際情況恰當選用。對于大功率電壓型逆變器新型組合式IGBT過流保護則可以通過封鎖驅動信號或者減小柵壓來進行保護。其實過壓保護,盡可能減少電路中的雜散電感;采用吸收回路,當IGBT關斷時,吸收電感中釋放的能量,以降低關斷過電壓;適當增大柵極電阻Rg。最后是IGBT過熱保護,一般是采用散熱器(包括普通散熱器與熱管散熱器),并可進行強迫風冷。


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