在工業(yè)生產(chǎn)過程中，變頻器是一種常見的電力設(shè)備，其穩(wěn)定性和可靠性對生產(chǎn)過程至關(guān)重要。然而，在實(shí)際使用過程中，我們可能會遇到變頻器的IGBT頻繁損壞的問題。這不僅會影響生產(chǎn)進(jìn)度，還會增加維修成本。那么，變頻器IGBT頻繁損壞的原因是什么呢?又該如何解決這個問題呢?

首先，我們需要了解IGBT的工作特性。IGBT是一個發(fā)熱源，其導(dǎo)通與關(guān)斷都需要損耗，損耗越大，發(fā)熱量自然就會越多。而IGBT的開通與關(guān)斷并不是瞬間完成的，有開通時間與關(guān)斷時間。驅(qū)動電壓低時，IGBT會處于微導(dǎo)通狀態(tài)，管壓降就會增大，驅(qū)動電壓過低時，IGBT在正驅(qū)動作用下，并不會導(dǎo)通，而會工作在放大狀態(tài)，此時的IGBT功率會非常大，秒燒IGBT是有可能的。因此，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)變頻器的IGBT頻繁損壞時，首先需要檢查的是開關(guān)電源。因?yàn)镮GBT的開通與關(guān)斷是受驅(qū)動電路控制的，而驅(qū)動電源是由開關(guān)電源提供的。若開關(guān)電源故障，導(dǎo)致驅(qū)動電壓過低，造成IGBT燒壞是非常有可能的。為了驗(yàn)證這一懷疑，可以在變頻器空載的運(yùn)行模式下，測量IGBT的正向驅(qū)動電壓，若低于10V，就要對開關(guān)電源進(jìn)行檢查或是更換了。

然而，更換開關(guān)電源并不是一件簡單的事情?，F(xiàn)在的設(shè)備，集成化程度越來越高，什么都往一塊板上湊。一方面技術(shù)高度保密，好不讓同行竊取，另一方面就是想著法的讓客戶更換新板。因此，我們在遇到變頻器IGBT頻繁損壞的問題時，不僅需要具備一定的專業(yè)知識，還需要有足夠的耐心和毅力?？偟膩碚f，變頻器IGBT頻繁損壞的原因可能有很多，但大多數(shù)情況下，都與開關(guān)電源有關(guān)。因此，我們在解決這一問題時，應(yīng)首先從開關(guān)電源入手。同時，我們也需要提高自己的專業(yè)技能，以便更好地應(yīng)對各種復(fù)雜的問題。

在電子領(lǐng)域，雙極結(jié)型晶體管BJT和MOS管是應(yīng)用最為廣泛的元器件。然而，IGBT，這一絕緣柵雙極型晶體管的融合體，正逐漸成為新的佼佼者。它結(jié)合了BJT的輸入特性和MOS管的輸出特性，不僅提供了比標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管更大的功率增益，還具備更高的工作電壓和更低的MOS管輸入損耗。

1. 最大額定電壓：這是指在正常工作條件下，IGBT能夠承受的最大集電極-發(fā)射極電壓。超過這個電壓可能導(dǎo)致器件損壞。

2. 最大額定電流：這是指在正常工作條件下，IGBT能夠承受的最大集電極電流。超過這個電流可能導(dǎo)致器件過熱或損壞。

3. 最大額定功率：這是指在正常工作條件下，IGBT能夠承受的最大功率。超過這個功率可能導(dǎo)致器件過熱或損壞。

4. 開關(guān)速度：IGBT的開關(guān)速度指的是從導(dǎo)通到截止(或反之)所需的時間?？焖俚拈_關(guān)速度有助于減少功率損耗和提高效率，但過快的開關(guān)速度可能會增加電壓和電流的瞬態(tài)壓降，導(dǎo)致器件損壞。

那么，究竟什么是IGBT呢?它是一種三端半導(dǎo)體開關(guān)器件，簡稱絕緣柵雙極晶體管，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)高效快速開關(guān)。IGBT在放大器和脈沖寬度調(diào)制(PWM)處理復(fù)雜波形方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，輸入側(cè)類似于具有柵極端子的MOS管，而輸出側(cè)則類似于具有集電極和發(fā)射極的BJT。其中，集電極和發(fā)射極作為導(dǎo)通端子，而柵極則是控制開關(guān)操作的關(guān)鍵控制端子。

接下來，讓我們進(jìn)一步探索IGBT的內(nèi)部構(gòu)造。首先映入眼簾的是，最接近集電極的區(qū)域是由(p+)襯底，也就是注入?yún)^(qū)所占據(jù)。其上則是N漂移區(qū)，包含N層，負(fù)責(zé)將大部分載流子(空穴電流)從(p+)注入N-層。值得注意的是，漂移區(qū)的厚度對IGBT的電壓阻斷能力產(chǎn)生直接影響。再往上，是主體區(qū)域，由(p)基板構(gòu)成，它緊鄰發(fā)射極，內(nèi)部還設(shè)有(n+)層。注入?yún)^(qū)與N漂移區(qū)之間的連接點(diǎn)標(biāo)為J2，而N-區(qū)域與主體區(qū)域之間的結(jié)點(diǎn)則稱為結(jié)點(diǎn)J1。值得一提的是，IGBT的結(jié)構(gòu)在某種程度上類似于“MOS”柵極的晶閘管。然而，晶閘管的動作和功能是可抑制的，僅在IGBT的工作范圍內(nèi)允許晶體管動作。這使得IGBT相較于晶閘管更為出色，后者在等待過零時的快速切換特性不及前者。

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)在變頻器中扮演著核心的角色，其工作原理和作用對于變頻器的性能至關(guān)重要。首先，我們來了解IGBT的工作原理。IGBT由柵極(G)、發(fā)射極(E)和集電極(C)三個極控制。其開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓會消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。這一過程的控制非常關(guān)鍵，它決定了IGBT能否穩(wěn)定、高效地工作。

我們探討IGBT在變頻器中的作用。變頻器是一種電力電子裝置，主要用于改變交流電源的頻率和電壓，以滿足不同負(fù)載的需求。IGBT作為變頻器內(nèi)部的核心部件，其主要作用是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供電機(jī)使用。通過精確控制IGBT的開關(guān)狀態(tài)，變頻器可以實(shí)現(xiàn)電源頻率和電壓的靈活調(diào)節(jié)，從而滿足各種復(fù)雜負(fù)載的需求。

IGBT還具有高可靠性、驅(qū)動簡單、節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定、開關(guān)頻率高等特點(diǎn)。這些特性使得IGBT在變頻器中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并且能夠提高變頻器的整體性能和效率。IGBT的開啟與關(guān)閉完全取決于其柵極端子的激活狀態(tài)。當(dāng)正輸入電壓施加于柵極時，發(fā)射極驅(qū)動電路將保持開啟狀態(tài);而當(dāng)柵極端電壓為零或略為負(fù)時，電路則會被關(guān)閉。由于IGBT兼具BJT和MOS管的特點(diǎn)，其放大量表現(xiàn)為輸出信號與控制輸入信號之間的比率。對于傳統(tǒng)的BJT，增益量與輸出電流與輸入電流的比率相近，通常稱為Beta，以β表示。而對于MOS管，由于其柵極端子是隔離的，不承載電流，因此增益量是通過輸出電流變化與輸入電壓變化的比值來確定的。

IGBT選型四個基本要求

1、安全工作區(qū)

在安全上面，主要指的就是電的特性，除了常規(guī)的變壓電流以外，還有RBSOA(反向偏置安全工作區(qū))和短路時候的保護(hù)。這個是開通和關(guān)斷時候的波形，這個是相關(guān)的開通和關(guān)斷時候的定義。我們做設(shè)計時結(jié)溫的要求，比如長期工作必須保證溫度在安全結(jié)溫之內(nèi)，做到這個保證的前提是需要把這個模塊相關(guān)的應(yīng)用參數(shù)提供出來。這樣結(jié)合這個參數(shù)以后，結(jié)合選擇的IGBT的芯片，還有封裝和電流，來計算產(chǎn)品的功耗和結(jié)溫，是否滿足安全結(jié)溫的需求。

2、熱限制

熱限制就是我們脈沖功，時間比較短，它可能不是一個長期的工作點(diǎn)，可能突然增加，這個時候就涉及到另外一個指標(biāo)，動態(tài)熱阻，我們叫做熱阻抗。這個波動量會直接影響到IGBT的可靠性，就是壽命問題。你可以看到50赫茲波動量非常小，這個壽命才長。

3、封裝要求

封裝要求主要體現(xiàn)在外部封裝材料上面，在結(jié)構(gòu)上面，其實(shí)也會和封裝相關(guān)，因?yàn)樵O(shè)計的時候會布局和結(jié)構(gòu)的問題，不同的設(shè)計它的差異性很大。

4、可靠性要求

可靠性問題，剛才說到結(jié)溫波動，其中最擔(dān)心就是結(jié)溫波動以后，會影響到這個綁定線和硅片之間的焊接，時間久了，這兩種材料本身之間的熱抗系數(shù)都有差異，所以在結(jié)溫波動情況下，長時間下來，如果工藝不好的話，就會出現(xiàn)裂痕甚至斷裂，這樣就會影響保護(hù)壓降，進(jìn)一步導(dǎo)致ICBT失效。第二個就是熱循環(huán)，主要體現(xiàn)在硅片和DCB這個材料之間，他們之間的差異性。如果失效了以后，就分層了，材料與材料之間特性不一樣，就變成這樣情況的東西，這個失效很明顯。