作者：微葉科技 時(shí)間：2015-04-07 09:39

 IGBT在變頻器中的電路示意

  IGBT模塊在變頻器中主要做高速開關(guān)來使用的，不同的變頻器IGBT的位置也不一樣，變頻器的主電路結(jié)構(gòu)，是由交-直-交工作方式所決定的，由整流、儲能（濾波）、逆變3個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。7.5KW以下小功率機(jī)型，如臺安N2-405-1013 3.7KW變頻器主電路，三相整流和三相逆變電路都集成于一個(gè)模塊內(nèi)，曾稱為"一體化或集成式主電路"；功率稍大一點(diǎn)，主電路即由三相整流模塊和三相逆變模塊兩個(gè)模塊構(gòu)成； 中功率機(jī)型，則由3只或6只單管或雙管式（又稱半橋）整流模塊組成，逆變輸出電路也是如此；大功率變頻器，則數(shù)只功率模塊并聯(lián)構(gòu)成以提高電流輸出〔擴(kuò)流）能力。主電路的形式隨功率大小而表現(xiàn)在配置上有所不同。

   圖1為東元7200PA 37KW雙變頻器主電路，從R.S.T電源端子輸入的三相380V交流電壓，經(jīng)三相橋式整流電路整流成300HZ脈動直流，再經(jīng)大容量儲能電容平波和儲能，輸人到由6只IGBT了構(gòu)成的三相逆變電路，在驅(qū)動電路的6路PWM脈沖激勵(lì)下，6 只108 了按一定規(guī)律導(dǎo)通和截止，將直流電源逆變?yōu)轭l率和電壓可變的三相交流電壓，輸出到負(fù)載電路。

  變頻器IGBT模塊好壞的檢測

  變頻器接手后，不要忙于上電檢查，可先萬用表的電阻檔〔數(shù)字式萬用表的二極管檔、指針式萬用表Rx100或Rx1K檔〉，分別測量！R.S.T個(gè)電源端子對―、-端子之間的電阻值，其他變頻器直流回路正、負(fù)端標(biāo)注為P.N，打開機(jī)器外殼后在主電路或電路板上可找到測量點(diǎn)。另外，直流回路的儲能電容是個(gè)比較顯眼的元件，由R.S.T了端子直接搭接儲能電容的正、負(fù)極進(jìn)行電阻測量，也比較方便。

R.S.T 3個(gè)電源端子對+、-端子之間的電阻值，反映了三相整流電路的好壞，而U、 V、 W 3個(gè)輸出端子對十、-端子之間的電阻值，則能基本上反映IGBT模塊的好壞。將圖2-1整流和逆變輸出電路簡化一下，輸人、輸人端子與直流回路之間的測量結(jié)果便會一目了然。如圖2-2所示。

  VD1~VD6為輸入三相整流電路，R為充電電阻，KM為充電接觸器。C1,C2為串聯(lián)儲能電容。VD7~VD12為三相逆變電路中6只IGBT兩端反向并聯(lián)的6只二極管。IGBT除非在漏電和短路狀態(tài)能測出電阻的變化，對逆變輸出電路我們能實(shí)際測出的只是6只二極管的正、反向電阻值。這樣一來，整個(gè)變頻器主電路的輸人整流和輸出逆變電路，相當(dāng)于兩個(gè)三相橋式整流電路。

用數(shù)字式萬用表測量二極管，將R.S.T搭接紅表筆，P（+）端搭接黑表筆，測得的是整流二極管VD1.VD3.VD5的正向壓降，為0.5V左右，數(shù)值顯示為540；如將表筆反接，則所測壓降為無窮大。如用指針式萬用表，黑表筆搭接R.S.T端，紅表筆搭接P (+)端，則顯示7K正向電阻；表筆反接，則顯示數(shù)百K。因充電電阻的阻值一般很小，如圖2-1所示電路，僅為幾歐，小功率機(jī)型為幾十歐，測量中可將其忽略不計(jì)。但測其R。P1正向電阻正常，而R、P（+）之間正向電阻無窮大（或直接測量KM常開觸頭之間電阻為無窮大〕，則為充電電阻已經(jīng)開路了。 整流電路中VD02、VD04、VD6及U、 V、W端子對P(+）、n（-）端子之間的測量， 也只能通過測量內(nèi)部二極管的正反向電阻的情況來大致判定的好壞。

   需說明的是，橋式整流電路用的是低頻整流二極管模塊，正向壓降和正向電阻較大，同于一般硅整流二極管。而IGBT上反向并聯(lián)的6只二極管是高速二極管，正向壓降和正向電阻較小，正向壓降為0.35V左右，指針式萬用表測量正向電阻為4K左右。以上說到對端子電阻的測量只是大致判定IGBT的好壞，尚不能最后認(rèn)定IGBT就是好的，簡易測量后，就對用戶說，輸出模塊是好的，會給自己帶來極大的被動，IGBT的好壞還需進(jìn)一步測量驗(yàn)證。如何檢測IGBT的好壞，得首先從IGBT的結(jié)構(gòu)原理入手，找到相應(yīng)有效的測量方法，圖2-3所示為IGBT等效電路和單7雙管模塊引腳圖。

  常見的IGBT模塊的等效電路和單/雙引腳示意圖如下：

  場效應(yīng)晶體管有開關(guān)速度快、電壓控制容易的優(yōu)點(diǎn)，但也有導(dǎo)通壓降大以及電壓與電流容量小的缺點(diǎn)。而雙極型器件恰恰有與其相反的特點(diǎn)，如電流控制容易、導(dǎo)通壓降小，功率容量大等，兩者復(fù)合，正所謂優(yōu)勢互補(bǔ)。IGBT或者IGBT模塊的由來，即基于此。從結(jié)構(gòu)上看，類似于我們都早已熟悉的復(fù)合放大管，，輸出管為一只？"？型晶體管，而激勵(lì)管是一只場效應(yīng)晶體管，后者的漏極電流形成了前者的基極電流，放大能力是兩管之積。

   單/雙管模塊常在中功率機(jī)型中得到應(yīng)用。大功率機(jī)型將其并聯(lián)作用，以達(dá)到擴(kuò)流的目的。圖2-4為單機(jī)模塊，將整流與逆變電路集成于一體。另外，有的一體化（集成式）模塊，將制動單元和溫度檢測電路也集成在內(nèi)。

  

   對主電路測量方法有兩種，即在線測量和脫機(jī)測量。

1.在線測量

  1）上述測量方式是僅從輸入、輸出端子對直流回路之間來進(jìn)行的，是在線測量方法的—種，對整流電路的開路與短路故障則較明顯，但對逆變電路還需進(jìn)一步在線測量以判斷好壞。

  2)打開機(jī)器外殼，將IGBT主板和電源7驅(qū)動板兩塊電路板取出，記住排線、插座的位置，插頭上無標(biāo)記的，應(yīng)用油性記號筆等打上標(biāo)記。取下兩塊電路板后，剩下的就是如圖2-1所示的主電路了。直接測量逆變模塊的G1、E1和G2、E2之間的觸發(fā)端子電阻，都應(yīng)為無窮大。如果驅(qū)動板未取下，模塊是與驅(qū)動電路相連接的，則G1、E1觸發(fā)端子之間往往并接有10k電阻（大功率機(jī)型3K左右〉，則正反電阻值均應(yīng)為10K。有了正反電阻值的偏差，在排除掉驅(qū)動電路的原因后，則證明逆變模塊已經(jīng)損壞。

  3)觸發(fā)端子的電阻測量也正常，一般情況下認(rèn)為逆變模塊基本上是好的。但此時(shí)宣布該模塊絕無問題，仍為時(shí)過早。

2.脫機(jī)測量

  1)此法常用于大功率單/雙管模塊和新購進(jìn)一體化模塊的測量。

  將單/雙管模塊脫開電路后（或?yàn)樾沦忂M(jìn)的模塊〕，可采用測量場效應(yīng)晶體管(MOS-FET)的方法來測試該模塊。MOSFET的柵-陰極間有一個(gè)結(jié)電容存在，故由此決定了極高的輸入阻抗和電荷保持功能。對于IGBT存在一個(gè)G、E極間的結(jié)電容和C、E極之間的結(jié)電容，利用其G、E極之間的結(jié)電容的充電、電荷保持、放電特性，可有效檢測IGBT的好壞。

  方法是將指針式萬用表撥到RX10、檔，黑表筆接C極，紅表筆接E極，此時(shí)所測量電阻值近乎無窮大；搭好表筆不動，用手指將C極與G極碰一下并拿開，指示由無窮大阻值降為200K左右；過一、二十秒鐘后，再測一下G、E極間電阻〔仍是黑表筆接（：極，紅表筆接2極），仍能維持200K左右的電阻不變；搭好表筆不動，用手指短接一下G、E極，C,E極之間的電阻又重新變?yōu)榻咏鼰o窮大。

實(shí)際上，用手指碰一下C、E極，是經(jīng)人體電阻給柵、陰結(jié)電容充電，拿開手指后，因此電容無放電回路，故電容上的電荷能保持一段時(shí)間。此電容上的充電電壓，為正向激勵(lì)電壓，使IGBT出現(xiàn)微導(dǎo)通，C、E極之間的電阻減?。坏诙斡檬种付探覩、E極時(shí)，提供了電容的放電通路，隨著電荷的泄放，IGBT的激勵(lì)電壓消失，管子變?yōu)榻刂?，C、E極之間的電阻又趨于無窮大。

  手指相當(dāng)于一只阻值為數(shù)K級的電阻，提供柵陰極結(jié)電容充、放電的通路；因IGBT的導(dǎo)通需較髙的正向激勵(lì)電壓（10V以上），所以使用指針式用萬表的RX10K檔(此檔位內(nèi)部電池供電為9V或12V)，以滿足IGBT激勵(lì)電壓的幅度。指針式萬用表的電阻檔，黑表筆接內(nèi)部電池的正極，紅表筆接內(nèi)部電池的負(fù)極，因而黑表筆為正，紅表筆為負(fù)。這種測量方法只能采用指針式萬用表。

對觸發(fā)端子的測量，還可以配合電容表測其容量，以增加判斷的準(zhǔn)確度。往往功率容量大的模塊，兩端子間的電容值也稍大。

  2)下面為雙管模塊CM100DU-24H和SKM75GB128DE及集成式模塊FP25R12KE3，用MF47C指針式萬用表的RX10K檔測量出的數(shù)據(jù)。

   CM100DU-24H模塊：主端子C1,C2,E1,E2；觸發(fā)端子G1,E1,G2,E2；觸發(fā)后C、E極間電阻為250K；用電容表200nF檔測量觸發(fā)端子電容為36.7nF，反測（黑表筆搭G極，紅表筆搭E極）為50nF。SKM75GB128DE模塊：主端子同上，觸發(fā)后C、E極間電阻為250K； 觸發(fā)端子電容：正測為4.1nF，反測為12.3nF。FP25R12KE3集成模塊：也可采用上述方法，觸發(fā)后為C、E極間電阻為200K左右； 觸發(fā)端子電容正測為6.9nF，反測為12.3nF。

   脫機(jī)測量得出的結(jié)果，基本上可判定IGBT模塊的好壞，但仍不是絕對的。在線測量或脫機(jī)測量之后的上電測量，才能最后確定模塊的好壞。上電后先空載測量三相輸出電壓，其中不含直流成分，三相電壓平衡后，再帶上一定負(fù)載，一般達(dá)到5A以上負(fù)載電路，逆變模塊導(dǎo)通、內(nèi)阻變大的故障便能暴露出來。