igbt工作原理和作用 igbt损坏的原因分析
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IGBT,全称为Insulated Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极型晶体管。这是一种电路开关设备,因其可以稳定控制电压并具有高耐压性能,常被用于直流电压为500伏或更高的变流系统中。
igbt工作原理
通过施加正向栅极电压以形成沟道,并为PNP(原先为NPN)晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。反之,通过施加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,从而使IGBT关断。大功率IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的工作原理与一般的IGBT相同,是通过栅极(Gate)电压来控制集电极(Collector)和发射极(Emitter)之间的电流。
igbt损坏的原因分析
在使用IGBT管时,经常会面临容性或感性负载的冲击,导致过负荷或甚至负载短路等问题,从而损坏IGBT管。IGBT管损坏的原因主要有以下几种情况:
一、过电流损坏
1. 锁定效应:IGBT管是一种复合器件,内部含有寄生晶体管,当漏极电流大到一定程度时,这个正偏压足以使NPN型晶体管导通,进而使NPN型或PNP型晶体管处于饱和状态,导致寄生晶体管开通,栅极失去了控制作用,发生锁定效应。此时,集电极电流过大,造成过高的功耗,从而导致器件损坏。
2. 长时间过流运行:当IGBT管的运行指标达到或超出反偏安全工作区(RBSOA)所限定的电流安全边界时,会出现长时间过流运行。此时,电路必须能在电流到达RBSOA限定边界前立即关断器件,才能达到保护器件的目的。
3. 短路超时(>10μs):短路超时是指IGBT管所承受的电流值达到或超出短路安全工作区(SCSOA)所限定的最大边界,比如为4~5倍额定电流时,必须在10μs之内关断IGBT管。如果此时IGBT管所承受的最大电压也超过器件标称值,IGBT管必须在更短时间内被关断。
二、过电压损坏和静电损坏
1. 过电压损坏:在IGBT管关断时,由于电路中存在电感成分,关断瞬间将产生尖峰电压。如果尖峰电压超过IGBT管器件的最高峰值电压,将造成IGBT管击穿损坏。IGBT管过电压损坏可分为集电极一栅极过电压、栅极一发射极过电压、高du/dt过电压等。
2. 静电损坏:在IGBT管的运输、存储、安装过程中,由于静电的干扰,可能导致器件损坏。
在大多数情况下,过电压保护电路的设计都比较完善。但是由于高du/dt所致的过电压故障,设计中通常采用无感电容或者RCD结构的吸收电路。由于吸收电路设计的吸收容量不够,会造成IGBT管损坏。为此,可以采用电压钳位,往往在集电极和栅极两端并接齐纳二极管,从而保护IGBT管。