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IGBT是一種功率器件，在逆變器中承擔(dān)著功率變換和能量傳輸?shù)淖饔?，是逆變器的心臟。同時，IGBT又是逆變器中最不可靠的元器件之一，對器件溫度、電流、電流非常敏感，稍有超標，一言不合便炸機，而且不可修復(fù)，IGBT損壞就意味著逆變器需要更換或者大修。因此IGBT是逆變器重點保護對象。

 

上面是IGBT失效的三個模式，最常見的是電氣故障，因為IGBT承擔(dān)電流電壓轉(zhuǎn)換，而且頻率很高，IGBT主電路過高、驅(qū)動電壓過高、外界產(chǎn)生的尖峰電壓都有可能造成過壓損壞;逆變器輸出過載、短路有可能導(dǎo)致過流。其次是溫度故障，IGBT在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量如果不能及時散發(fā)出去，就有可能因為過熱損壞;機械故障是有可能在生產(chǎn)加工和運輸安裝過程中，這種情況比較少見。

 

 

IGBT本身是一個電流開關(guān)的器件，什么時候開，什么時候關(guān)，開關(guān)多長時間是由逆變器的CPU來控制的，但是DSP輸出是一個PWM信號，速度很快，但功率不夠，驅(qū)動器最主要的作用是放大PWM信號。

 

IGBT控制很大的高頻大電流，會產(chǎn)生電磁干擾信號，驅(qū)動器又和IGBT隔得很近，因此驅(qū)動電路要有隔離功能 ，目前驅(qū)動隔離方案有光耦、光纖、脈沖變壓器、磁耦等幾種。各種方式的優(yōu)缺點如下：

 

 

 

IGBT在設(shè)計時，電流一般都會留有10%以上的裕量。但是，逆變器在工作時，由于組件、負載短路，負載側(cè)故障導(dǎo)致過流，負載側(cè)有特別大的感性負載，啟停時有很大的諧波電流，這時候逆變器輸出電流會急劇上升，導(dǎo)致IGBT的工作電流也會對應(yīng)急劇上升。IGBT短路分為兩種情況：變流器的橋臂內(nèi)發(fā)生直通，稱為一類短路，變流器短路點發(fā)生在負載側(cè)，等效短路阻抗較大，稱為二類短路。二類短路一般也可認為是逆變器發(fā)生較嚴重的過流。在短路發(fā)生時刻，如果不采取相關(guān)措施，就會導(dǎo)致IGBT快速進入退飽和，瞬態(tài)功耗超過限值而損壞，因為IGBT承受過電流的時間僅為幾微秒。因此，當(dāng)短路發(fā)生時，要盡快關(guān)斷IGBT，而且關(guān)斷的速度要平緩，保證電流變化速率在一定范圍，避免關(guān)斷過快而引起電壓應(yīng)力超過限值而損壞IGBT，有源鉗位的方案中增加快速響應(yīng)措施，使得IGBT驅(qū)動能夠盡快動作。

 

 

當(dāng)逆變器環(huán)境溫度過高、逆變器散熱不良，持續(xù)過熱均會導(dǎo)使IGBT損壞。如果器件持續(xù)短路，大電流產(chǎn)生的功耗將引起溫升，若芯片溫度超過硅本征溫度(約250℃)，器件將失去阻斷能力，柵極控制就無法保護，從而導(dǎo)致IGBT失效。在設(shè)計時主要從兩個方面去考慮：第一，加強完善IGBT管的散熱條件，包括風(fēng)道設(shè)計、散熱器的設(shè)計制作，加強制冷等;第二，設(shè)計過熱檢測保護電路，用IGBT模塊上內(nèi)置的熱敏電阻來測量IGBT散熱溫度，是很準確的，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，關(guān)斷IGBT使其停止工作。

 

 

為了散熱方便，IGBT都是通過螺絲連接，安裝在散熱器上，這個螺絲的連接強度非常有講究，要恰到好處，如果力量太大，會損壞IGBT。如果力量太輕，在運輸和安裝過程中，由于振動會造成接觸不良，熱阻增加，器件過溫損壞。在安裝IGBT時，都會使用專門的螺絲批，根據(jù)IGBT型號，采用相應(yīng)的扭力，保證IGBT既連接牢固，又不會損壞。

 

 

IGBT是逆變器中最嬌氣，最敏感，最容易損壞的器件;同時也是逆變器中最昂貴，最關(guān)鍵的器件，逆變器必須采取很多措施去保護她。