IGBT开通时间与关断时间的工作特性介绍

在工业生产过程中，变频器是一种常见的电力设备，其稳定性和可靠性对生产过程至关重要。然而，在实际使用过程中，我们可能会遇到变频器的IGBT频繁损坏的问题。这不仅会影响生产进度，还会增加维修成本。那么，变频器IGBT频繁损坏的原因是什么呢?又该如何解决这个问题呢?

首先，我们需要了解IGBT的工作特性。IGBT是一个发热源，其导通与关断都需要损耗，损耗越大，发热量自然就会越多。而IGBT的开通与关断并不是瞬间完成的，有开通时间与关断时间。驱动电压低时，IGBT会处于微导通状态，管压降就会增大，驱动电压过低时，IGBT在正驱动作用下，并不会导通，而会工作在放大状态，此时的IGBT功率会非常大，秒烧IGBT是有可能的。因此，当我们发现变频器的IGBT频繁损坏时，首先需要检查的是开关电源。因为IGBT的开通与关断是受驱动电路控制的，而驱动电源是由开关电源提供的。若开关电源故障，导致驱动电压过低，造成IGBT烧坏是非常有可能的。为了验证这一怀疑，可以在变频器空载的运行模式下，测量IGBT的正向驱动电压，若低于10V，就要对开关电源进行检查或是更换了。

然而，更换开关电源并不是一件简单的事情。现在的设备，集成化程度越来越高，什么都往一块板上凑。一方面技术高度保密，好不让同行窃取，另一方面就是想着法的让客户更换新板。因此，我们在遇到变频器IGBT频繁损坏的问题时，不仅需要具备一定的专业知识，还需要有足够的耐心和毅力。总的来说，变频器IGBT频繁损坏的原因可能有很多，但大多数情况下，都与开关电源有关。因此，我们在解决这一问题时，应首先从开关电源入手。同时，我们也需要提高自己的专业技能，以便更好地应对各种复杂的问题。

在电子领域，双极结型晶体管BJT和MOS管是应用最为广泛的元器件。然而，IGBT，这一绝缘栅双极型晶体管的融合体，正逐渐成为新的佼佼者。它结合了BJT的输入特性和MOS管的输出特性，不仅提供了比标准双极型晶体管更大的功率增益，还具备更高的工作电压和更低的MOS管输入损耗。

1. 最大额定电压：这是指在正常工作条件下，IGBT能够承受的最大集电极-发射极电压。超过这个电压可能导致器件损坏。

2. 最大额定电流：这是指在正常工作条件下，IGBT能够承受的最大集电极电流。超过这个电流可能导致器件过热或损坏。

3. 最大额定功率：这是指在正常工作条件下，IGBT能够承受的最大功率。超过这个功率可能导致器件过热或损坏。

4. 开关速度：IGBT的开关速度指的是从导通到截止(或反之)所需的时间。快速的开关速度有助于减少功率损耗和提高效率，但过快的开关速度可能会增加电压和电流的瞬态压降，导致器件损坏。

那么，究竟什么是IGBT呢?它是一种三端半导体开关器件，简称绝缘栅双极晶体管，广泛应用于各类电子设备中，实现高效快速开关。IGBT在放大器和脉冲宽度调制(PWM)处理复杂波形方面发挥着关键作用。其结构独特，输入侧类似于具有栅极端子的MOS管，而输出侧则类似于具有集电极和发射极的BJT。其中，集电极和发射极作为导通端子，而栅极则是控制开关操作的关键控制端子。

接下来，让我们进一步探索IGBT的内部构造。首先映入眼帘的是，最接近集电极的区域是由(p+)衬底，也就是注入区所占据。其上则是N漂移区，包含N层，负责将大部分载流子(空穴电流)从(p+)注入N-层。值得注意的是，漂移区的厚度对IGBT的电压阻断能力产生直接影响。再往上，是主体区域，由(p)基板构成，它紧邻发射极，内部还设有(n+)层。注入区与N漂移区之间的连接点标为J2，而N-区域与主体区域之间的结点则称为结点J1。值得一提的是，IGBT的结构在某种程度上类似于“MOS”栅极的晶闸管。然而，晶闸管的动作和功能是可抑制的，仅在IGBT的工作范围内允许晶体管动作。这使得IGBT相较于晶闸管更为出色，后者在等待过零时的快速切换特性不及前者。

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)在变频器中扮演着核心的角色，其工作原理和作用对于变频器的性能至关重要。首先，我们来了解IGBT的工作原理。IGBT由栅极(G)、发射极(E)和集电极(C)三个极控制。其开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。反之，加反向门极电压会消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。这一过程的控制非常关键，它决定了IGBT能否稳定、高效地工作。

我们探讨IGBT在变频器中的作用。变频器是一种电力电子装置，主要用于改变交流电源的频率和电压，以满足不同负载的需求。IGBT作为变频器内部的核心部件，其主要作用是将直流电转换为交流电，供电机使用。通过精确控制IGBT的开关状态，变频器可以实现电源频率和电压的灵活调节，从而满足各种复杂负载的需求。

IGBT还具有高可靠性、驱动简单、节能、安装维修方便、散热稳定、开关频率高等特点。这些特性使得IGBT在变频器中能够稳定运行，并且能够提高变频器的整体性能和效率。IGBT的开启与关闭完全取决于其栅极端子的激活状态。当正输入电压施加于栅极时，发射极驱动电路将保持开启状态;而当栅极端电压为零或略为负时，电路则会被关闭。由于IGBT兼具BJT和MOS管的特点，其放大量表现为输出信号与控制输入信号之间的比率。对于传统的BJT，增益量与输出电流与输入电流的比率相近，通常称为Beta，以β表示。而对于MOS管，由于其栅极端子是隔离的，不承载电流，因此增益量是通过输出电流变化与输入电压变化的比值来确定的。

IGBT选型四个基本要求

1、安全工作区

在安全上面，主要指的就是电的特性，除了常规的变压电流以外，还有RBSOA(反向偏置安全工作区)和短路时候的保护。这个是开通和关断时候的波形，这个是相关的开通和关断时候的定义。我们做设计时结温的要求，比如长期工作必须保证温度在安全结温之内，做到这个保证的前提是需要把这个模块相关的应用参数提供出来。这样结合这个参数以后，结合选择的IGBT的芯片，还有封装和电流，来计算产品的功耗和结温，是否满足安全结温的需求。

2、热限制

热限制就是我们脉冲功，时间比较短，它可能不是一个长期的工作点，可能突然增加，这个时候就涉及到另外一个指标，动态热阻，我们叫做热阻抗。这个波动量会直接影响到IGBT的可靠性，就是寿命问题。你可以看到50赫兹波动量非常小，这个寿命才长。

3、封装要求

封装要求主要体现在外部封装材料上面，在结构上面，其实也会和封装相关，因为设计的时候会布局和结构的问题，不同的设计它的差异性很大。

4、可靠性要求

可靠性问题，刚才说到结温波动，其中最担心就是结温波动以后，会影响到这个绑定线和硅片之间的焊接，时间久了，这两种材料本身之间的热抗系数都有差异，所以在结温波动情况下，长时间下来，如果工艺不好的话，就会出现裂痕甚至断裂，这样就会影响保护压降，进一步导致ICBT失效。第二个就是热循环，主要体现在硅片和DCB这个材料之间，他们之间的差异性。如果失效了以后，就分层了，材料与材料之间特性不一样，就变成这样情况的东西，这个失效很明显。