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变频器功率模块IGBT爆炸原因及改善措施

浏览: 发表时间:2022-05-17 09:32:54

通过市场调研,我们发现变频器中的IGBT经常损货甚至爆炸,特别是一些质量差价格便宜的变频器品牌。那么IGBT在变频器中是什么作用呢?为什么经常出现故障?以及出现故障我们如何改善呢?下面,珠峰小编给大家整理。


首先,什么是IGBT

     IGBT功率模块是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的功率模块。由于IGBT模块为MOSFET结构,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离,具有出色的器件性能。IGBT功率模块是电压型控制,输入阻抗大,驱动功率小,控制电路简单,开关损耗小,通断速度快,工作频率高,元件容量大等优点,可正常工作于几十kHz频率范围内。广泛应用于伺服电机、变频器、变频家电等领域,在电力电子变流和控制中起着举足轻重的作用。


第二、变频器IGBT爆炸原因

由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差,一旦出现意外就会使它损坏。使用过程中,经常受到容性或感性负载、过负荷甚至负载短路的冲击等,导致IGBT损坏甚至爆炸(模块的损耗十分巨大,热量散不出去,导致内部温度极高,产生气体,冲破壳体,这就是所谓的IGBT爆炸)。珠峰小编主要将他们为四类原因:


内部因素:

  1. 从爆炸的本质是发热功率超过散热功率,内部原因应该就是过热。

人为因素

  1. 进线接在出线的端子上
  2. 变频器接错电源 
  3. 没按要求接负载

常见原因

  1. 过电流:一种是负载短路,另一种是控制电路处逻辑受干扰,导致上下桥臂元件直通。
  2. 绝缘的损坏
  3. 过电压:通常是线路杂散电感在极高的di/dt作用下产生的尖峰电压而造成,解决的办法就是设计高性能吸收回路,降低线路杂散电感。
  4. 过热:IGBT不能完全导通,在有电流的情况下元件损耗增大,温度增加导致损坏。
  5. 通讯误码率:通讯一段时间后,突然的错误信息导致IGBT误导通使IGBT爆炸;通讯板FPGA程序运行不稳定导致IGBT误导通使IGBT爆炸。

其他原因

  1. 电路中过流检测电路反应时间跟不上。
  2. IGBT短路保护是通过检测饱和压降,而留给执行机构的时间一般是10us(8倍过流)在上电的时候容易烧预充电电阻和制动单元里的IGBT。
  3. 工艺问题:铜排校着劲、螺丝拧不紧等。
  4. 短时大电流:原因也有很多,比如死区没设置好、主电路过压、吸收电路未做好。
  5. 驱动电源也是个应该特别注意的问题,该隔离加隔离、该滤波加滤波。
  6. 电机冲击反馈电压过大导致IGBT爆炸。但对于充电时爆炸的情况发生的概率不是很大。
  7. 电机启动时,输入测电压瞬间跌落,电容放电。输入测电压恢复后电容充电时的浪涌电流过大致使IGBT爆炸。


第三、变频器IGBT保护措施

     一般我们从过流、过压、过热三方面进行IGBT保护电路设计。IGBT承受过电流的时间仅为几微秒,耐过流量小,因此使用IGBT首要注意的是过流保护。IGBT的过流保护可分为两种情况:(1)驱动电路中无保护功能,我们可以在主电路中要设置过流检测器件;(2)驱动电路中设有保护功能,由于不同型号的混合驱动模块,其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同,使用时要根据实际情况恰当选用。对于大功率电压型逆变器新型组合式IGBT过流保护则可以通过封锁驱动信号或者减小栅压来进行保护。其实过压保护,尽可能减少电路中的杂散电感;采用吸收回路,当IGBT关断时,吸收电感中释放的能量,以降低关断过电压;适当增大栅极电阻Rg。最后是IGBT过热保护,一般是采用散热器(包括普通散热器与热管散热器),并可进行强迫风冷。


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变频器功率模块IGBT爆炸原因及改善措施
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