IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由（Bipolar Junction Transistor，BJT）雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）金氧半場效晶體管的高輸入阻抗和電力晶體管（Giant Transistor，GTR）的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。但仍無法抵抗來自外界的干擾和自身系統(tǒng)引起的各種失效問題。
IGBT失效場合：來自系統(tǒng)內(nèi)部，如電力系統(tǒng)分布的雜散電感、電機(jī)感應(yīng)電動勢、負(fù)載突變都會引起過電壓和過電流；來自系統(tǒng)外部，如電網(wǎng)波動、電力線感應(yīng)、浪涌等。歸根結(jié)底，IGBT失效主要是由集電極和發(fā)射極的過壓/過流和柵極的過壓/過流引起。
IGBT失效機(jī)理：IGBT由于上述原因發(fā)生短路，將產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流——在關(guān)斷時(shí)電流變化率di/dt過大。漏感及引線電感的存在，將導(dǎo)致IGBT集電極過電壓，而在器件內(nèi)部產(chǎn)生擎住效應(yīng)，使IGBT鎖定失效。同時(shí)，較高的過電壓會使IGBT擊穿。IGBT由于上述原因進(jìn)入放大區(qū)， 使管子開關(guān)損耗增大。
IGBT傳統(tǒng)防失效機(jī)理：盡量減少主電路的布線電感量和電容量，以此來減小關(guān)斷過電壓；在集電極和發(fā)射極之間，放置續(xù)流二極管，并接RC電路和RCD電路等；在柵極，根據(jù)電路容量合理選擇串接阻抗，并接穩(wěn)壓二極管防止柵極過電壓。
引起IGBT失效的原因
1、電容失效或漏電：從而引起IGBT損壞。經(jīng)檢查其他元件無問題的時(shí)候 ，更換0.3UF和400V電容。
2、IGBT管激勵電路異常：震蕩電路輸出的脈沖信號，不能直接控制IGBT飽和，導(dǎo)通和截止，必須通過激勵脈沖信號放大來完成。
3、同步電路異常：同步電路的主要作用是保證加到IGBT管G級上的開關(guān)脈沖前言與IGBT管上VCE脈沖后延同步當(dāng)同步電路工作出現(xiàn)異樣，導(dǎo)致IGBT管瞬間擊穿。
4、工作電壓異常：電壓出現(xiàn)異常時(shí)，會使IGBT管激勵電路，風(fēng)扇散熱系統(tǒng)及LM339工作失常導(dǎo)致IGBT上電瞬間損壞。
5、散熱系統(tǒng)異常：在大電流狀態(tài)下其發(fā)熱量也大，如果散熱系統(tǒng)出現(xiàn)異常，會導(dǎo)致IGBT過熱損壞。
6、單片機(jī)異常：單片機(jī)內(nèi)部會因?yàn)楣ぷ黝l率異常而燒毀IGBT。
7、VCE檢測電路異常：VCE檢測將IGBT官集電極上的脈沖電壓通過，電阻分壓，此電壓的信息變化傳到CPU，做出各種相應(yīng)的指令。當(dāng)VCE檢測電路出現(xiàn)故障的時(shí)候，VEC脈沖幅度。超過IGBT管的極限值，從而導(dǎo)致IGBT損壞。
IGBT短路分類
通過上面分析，大家應(yīng)該知道過流和短路的區(qū)別了，下面我們從IGBT視角分析幾種常見的短路故障類型。
圖2 IGBT短路故障類型
① IGBT開通瞬態(tài)發(fā)生的短路行為（SC 1）：IGBT開通（門極電壓由負(fù)壓轉(zhuǎn)為正壓的過程中）導(dǎo)致的短路故障，也就是IGBT在開通之前，系統(tǒng)沒有發(fā)生短路故障。
② IGBT通態(tài)過程發(fā)生的短路行為（SC 2）：IGBT在導(dǎo)通過程中（門極保持正壓開通），且正向?qū)娏鲿r(shí)，由于外部原因?qū)е碌钠骷娏魍蝗辉龃笮袨椤?/span>
③ IGBT通態(tài)過程發(fā)生的短路行為（SC 3），IGBT在導(dǎo)通過程中（門極保持正壓開通），且內(nèi)部續(xù)流二極管正向?qū)娏鲿r(shí)，這時(shí)由于外部原因?qū)е碌钠骷娏魍蝗辉龃笮袨椤?/span>
4、過電壓造成集電極、發(fā)射極擊穿或造成柵極、發(fā)射極擊穿。
IGBT保護(hù)方法
當(dāng)過流情況出現(xiàn)時(shí)，IGBT必須維持在短路安全工作區(qū)內(nèi)。IGBT承受短路的時(shí)間與電源電壓、柵極驅(qū)動電壓以及結(jié)溫有密切關(guān)系。為了防止由于短路故障造成IGBT損壞，必須有完善的檢測與保護(hù)環(huán)節(jié)。一般的檢測方法分為電流傳感器和IGBT欠飽和式保護(hù)。
1、立即關(guān)斷驅(qū)動信號
在逆變電源的負(fù)載過大或輸出短路的情況下，通過逆變橋輸入直流母線上的電流傳感器進(jìn)行檢測。當(dāng)檢測電流值超過設(shè)定的閾值時(shí)，保護(hù)動作封鎖所有橋臂的驅(qū)動信號。這種保護(hù)方法最直接，但吸收電路和箝位電路必須經(jīng)特別設(shè)計(jì)，使其適用于短路情況。這種方法的缺點(diǎn)是會造成IGBT關(guān)斷時(shí)承受應(yīng)力過大，特別是在關(guān)斷感性超大電流時(shí)， 必須注意擎住效應(yīng)。
2、先減小柵壓后關(guān)斷驅(qū)動信號
IGBT的短路電流和柵壓有密切關(guān)系，柵壓越高，短路時(shí)電流就越大。在短路或瞬態(tài)過流情況下若能在瞬間將vGS分步減少或斜坡減少，這樣短路電流便會減小下來，長允許過流時(shí)間。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，di/dt也減小。限制過電流幅值
