1、温度上升对IGBT参数的影响
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温度上升包含两个意思：一是IGBT中的电磁场能量转化为热能，主要由于器件中的电阻热效应；一是器件发热与外部冷却之间的相互作用，发生的热量如果不能及时散发出去，即散发能力不够，则使温度上升。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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温度上升，IGBT中的两个晶体管的放大系数α1和α2均增大，该两个晶体管构成一个寄生晶闸管。借助于IGBT等效电路图（图3），开通过程为：当给栅极加压Vg，产生Ig，则MOSFET开通，产生I1，I1为PNP的基极电流，开通PNP，产生I2，I2为NPN提供基极电流，产生I3，使整个IGBT全面开通。I1、I2和I3构成IGBT开通后的全部电流，其中I2为主要部分。当温度上升，α1和α2上升，使α1＋α2→1，将使寄生晶闸管出现“闭锁效应”，而使IGBT一直导通，即使Vg去掉，I1=0,由于该闭锁效应，PNPN导通，开关失效。因此，温度上升， 增加，使得重复开断的通态电流下降。图4为SKM600GB126D 型IGBT的通态电流IC随温度变化的曲线【5】。从图中可以看到，随温度升高，电流下降，且在800C之后，电流下降非常迅速。 字串4 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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图4 IGBT（SKM600GB126D）温度－电流曲线（略） WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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在一台实际的160kW三电平变频器中，温升试验中发生的IGBT失效现象说明该问题：该变频器所选的IGBT型号为SKM600GB126D，工频下重复可关断电流为600A。该变频器起动后，带满载运行，额定电流为315A。起动稳定后的50分钟运行一切正常，随着运行时间的增加，IGBT壳温从300C上升到1200C，装置发生过流保护。分析其原因：当IGBT壳温达到1200C以后，最大重复可关断电流值发生变化（约为250A），驱动开关发生失效，直流母排中点电压平衡破坏，造成直通过流，器件保护。一般解决该问题的主要措施有： WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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（1）减小器件的发热，选择适当的IGBT参数； WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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（2）加强散热，主要从冷却结构和方式中寻找最优结构和方式； WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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（3）降低开关频率，在开关频率为1k以上，开关损耗超过总损耗的一半； P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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（4）缩短开通和关断时间，也是为了减小开关损耗，但要注意，di/dt和 dv/dt的升高，引起另外的器件失效机理； ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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（5）降低谐波分量。谐波分量不转化为有功，但增加器件内部电阻损耗。 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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2、输入电压升高，开关器件保护，PWM脉冲失效，中点电压平衡破坏 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
仍以上面的160kW、380V低压三电平变频器为例，其调制采用SVPWM方法，开环VVVF控制，驱动一台160kW的异步电机。当输入电压为300V以下时，起动运行都没有问题，中点电压平衡很好。但输入电压升至350V或者380V时，则电机起动不起来，IGBT发生保护，中点电压偏离，严重时烧坏器件。 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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事实上，当起动电机时，电机速度为零。电机反电势为零，其等效电路图如图5所示。其中R为回路电阻，L1为回路漏电感，Lr为电机电枢电感（可变，与电机反电势相对应），V为电源。Lr为零，而R与L1很小，此时回路电流基本为短路电流，数值很大，且该数值取决于电源电压。输入电源电压越高，则短路电流越大。该大电流使得di/dt、dv/dt均增大，直至超过IGBT的承受值，使得IGBT保护，驱动脉冲失效，打破了中点平衡开关序列规律，而使中点电压发生偏离。从能量的角度来看，此时输出的机械能受阻，输入电磁能在变频器内部吸收，尤其在IGBT内部转化，轻则使得器件保护，重则器件烧坏。此时电磁能与机械能转化不合理，电流中的有功和无功分量不合理。 plcjs.技.术_网
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图5 变频调速系统等效电路图（略） WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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有效的解决方法主要包括： WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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（1）增加有效预励磁，减小起动电流，提高启动转矩，使电流有功分量和无功分量分配合理； WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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（2）设定低频启动，延长起动时间，使得di/dt和dv/dt降低； WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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（3）减小v/f补偿值，适当减小占空比，起动力矩也随之有效减小； WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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（4）在母排上加一起动限流器，以减小di/dt，正常运行时再切除掉。 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
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3、驱动功率不够，PWM脉冲失效，中点平衡破坏 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
当驱动电压脉冲Vg没有足够的值，或者即使达到了阈值，但持续的时间太短，其波形如图6所示，导致IGBT不能有效的打开，而使IGBT开关顺序破坏,致使中点电压偏离，最后导致器件过压保护，严重时器件击穿。 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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分析其原因主要有三： WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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（1）驱动电源本身能力不够，驱动电压和尖峰电流都达不到要求，或者其中之一达不到要求，导致驱动电压、电荷不到位； WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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（2）驱动回路延时过大（电阻或电容过大），使驱动电压上升太慢，所需时间大于最小脉宽时间，导致IGBT远没有完全打开就执行关断指令，IGBT没有实现开通； P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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（2）驱动电源质量不好，电压本身有波动，或者受外部dv/dt和di/dt的干扰，导致驱动电压本身变化，而使驱动脉冲失效； WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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