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测量无问题的IGBT模块,一定是好模块吗?

2021-11-11 11:25| 编辑:电工学习网| 查看: 1023| 评论: 0

    本篇文章我们谈一谈IGBT模块的原理和测量、判断。本篇文章本文只是论述由单只IGBT管子或双管做成的逆变模块,及其有关测量和判断好坏的方法。IPM模块不在本文讨论内容之内。

    场效应管子有开关速度快、电压控制的优点,但也有导通压降大,电压与电流容量小的缺点。而双极型器件恰恰有与其相反的特点,如电流控制、导通压降小,功率容量大等,二者复合,正所谓优势互补。IGBT管子,或者IGBT模块的由来,即基于此。从结构上看,类似于我们都早已熟悉的复合放大管,输出管为一只PNP型三极管,而激励管是一只场效应管,后者的漏极电流形成了前者的基极电流。放大能力是两管之积。

    IGBT管子的等效电路及符号如下图:

    常用IGBT单、双管模块(CM200Y-24NF)的引脚功能图如下:

    FP24R12KE3 集成式模块的引脚功能图:

    在拆机前,可对模块的好坏进行大致的测量,来进行初步的判断。以上图为例:4、5、6端子即为变频器的U、V、W输出端,22、24分别为变频器内部直流主电路的P(+)端和N(-)端。找到这5个端子后,用数字或指针式万用表都可以测量了。U、V、W三端子都对P、N端子有正、反向电阻。在IGBT管子正常的情况下,管子C、E之间电阻是无穷大的。只能测出管子上并联的6只二极管的正、反向电阻。如果把4、5、6端子看成三相交流输入端的话,六只二极管相当于一个三相整流桥电路,用测量和判断三相整流桥的方法就可以了。

    一、在线测量:

    1、测量这个“三相整流桥”不正常了,则为模块损坏了;

    2、测量这个“三相整流桥”是正常的,还不能确定模块就是好的。应打开变频器的主电路板,进行进一步的测量和验定。即测量触发端子及内电路是否正常。因触发端子上往往并联了10k(大功率机型并联3k)左右的电阻,所以触发端子的正反向在线在阻都应为所并联电阻的阻值。这6个触发端子的阻值都应是一样的。如某一路触发端子有了正反向电阻的差异,或是有电阻变小的现象,排除驱动电路的故障后,则是此模块已损坏了。

    3、触发端子的电阻测量也正常了,一般情况下认为模块基本上是好的。但此时宣布模块绝无问题,似乎尚为时过早。见后叙。

    二、脱机测量:

    1、此法常用于大功率单、双模块和新购进集成式模块的的测量。

    将单、双管模块脱开电路后(或为新购进的模块),可采用测量场效应管子(MOSFET) 方法来测试了。MOSFET的栅阴极间有一个结电容的存在,故由此决定了极高的输入阻抗和电荷保持功能。可利用此一特点有效地检测IGBT管子的好坏。

    方法是:将指针式万用表打到x10k档,黑表接C极,红表笔接E极,此时所测量电阻值近乎无穷大;搭好表笔不动,用手指将C极与G极碰一下并拿开,指示由无穷大阻值降为200k左右;过几十秒钟甚至于更长一点的时间,再测一下C、E间电阻(仍是黑表笔接C极),仍能保护200k左右的电阻不变;搭好表笔不动,用手指短接一下G、E极,C、E极之间的电阻又重新变为接近无穷大。

    实际上,用手指碰一下C、G,是给栅、阴结电容充电,拿开手指后,因此电容无放电回路,故电容上的电荷能保持一段时间。此电容上的充电电压,为正向激励电压,使IGBT管子出现微导通,C、E之间的电阻减小;第二次用手指短接G、E时,提供了电容的放电通路,随着电荷的泄放,IGBT的激励电压消失,管子变为截止,C、E之间的电阻又趋于无穷大。

    手指相当于一只阻值为kΩ级的电阻,提供栅阴极结电容充、放电的通路;因IGBT管子的导通需较高的正向激励电压(10V以上),所以用万表的x10k档,此档位内部电池供电为9V或12V,以满足IGBT管子激励电压的幅度。

    对触发端子的测量,还可以配合电容表测其容量,以增加判断的准确度。往往功率容量大的模块,两端子间的电容值也稍大。

    2、下面为双管模块CM100DU-24H和SKM75GB128DE,及集成式模块FP24R12KE3,用MF47C指针式万用表,×10k档测量得出的数据:

    CM200Y-24NF模块:主端子C1,C2E1 E2 触发端子C1 E1 C2 E2;触发后为C、E电阻为250k;

    用电容表200nF档测量为36.7nF,反测(黑笔搭G端子,红笔搭E端子)为50 nF。

    SKM75GB128DE 主端子同上,触发后C、E电阻为250k;

    触发端子电容:正测4.1 nF,反测12.3 nF。

    FP24R12KE3 集成模块,也可采用此法,触发后为C、E电阻为200k左右;

    触发端子电容正测6.9 nF,反测10.1 nF。

    三、在线测量或脱机测量之后的上电测量,才能最后确定模块的好坏:

    修复一台37kW东元变频器,检查为逆变模块损坏,型号为CM100DU-24H。购得一块相同型的模块,走了一遍脱机测量的所有“程序”,确认模块无问题后,装机试验。三相输出电压很不平衡,彻底检查驱动电路确认无故障后,将三相U、V、W输出对三相供电的零线测量(用指针式万用表直流500V档),U相,W相直流成分为零.而V相约有300V的直流负压。由此判断:V相下管导通良好,而上管导通不良,致使V相对零线有负电压输出。而V相上管,恰巧就是新换上的模块。另购一只CM100DU-24H更换后,三相输出正常。管子的故障,是内部MOSEFT管子正常,因而在线或脱机测量均正常。而内部输出管C、E极间导通内阻变大。说明了一件事,即使是细致测量后,认为是好的逆变模块,也不能百分之百断定就是没有问题的。万用表的测量判断能力毕竟是有限的。对接入电路上电后反映出的问题,不要存有先入之见,认为模块不可能是坏的,从而造成对故障的误断,使检修走入弯路!

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