(1)脉冲端子开路时的危害。IGBT器件往往是以功率模块的形式,安装于变频器机壳内部的铝质散热器上,控制信号经脉冲端子输入至IGBT的栅.射结,以图5-23所示的U相驱动电路与上、下桥臂IGBT (VT1,VT2)主电路为例,说明GX、EX脉冲端子开路时,对IGBT造成的危害。当VT1与驱动电路正常连接,而VT2的脉冲端子处于空置——未与驱动电路进行有效的连接——状态时,如贸然为变频器上电(从P、N端送入DC530V供电),并给出起动信号,会出现VTI、VT2同时导通,形成对DC530V电源的短路,VT1、VT2瞬时炸裂损坏。
图5-23 IGBT极间等效电容示意图
初学维修者,往往易犯这样的错误,炸过几次IGBT模块后,对变频器修复就有了一点“畏惧之心”。但如果明其中的原理,避免使IGBT陷入“危险之地”,则可避免贵重元件的损坏,成功修复的几率就大为上升,使维修者的信心得以提升。
(2)栅极电阻和旁路电阻的重要作用。
1)栅极电阻。由驱动电路来的驱动脉冲信号,经栅极电阻(图5-23中标记为RS)引入VT1的栅、射极,RS除对IGBT的开关速度产生影响、限制最大信号电流外,还有其他重要作用。IGBT的栅一射极之间存在Cge结电容和由脉冲信号引线形成的栅极回路的电感,两者在脉冲信号的作用下,易形成有害的LC振荡,串联Rs可有效抑制这种振荡,使IGBT工作的可靠性得以提高。Rs的取值与IGBT功率模块的电流值有关,模块电流在50~1000A,RS的电阻值为50~0.5Ω,随模块电流值的上升而减小。
2)旁路电阻。在VT1的G1、E1极之间,还并联一只旁路电阻(图5-23中标记为RP),有的资料中也称该电阻为保护电阻。RP并联于IGBT内部的Cge结电容两端,在异常状态能对Cge结电容的“微弱”充电电流起到旁路作用,避免引起IGBT的误开通,一定程度上起到对IGBT的保护作用。
如同双极性器件——三极管一样,三线IGBT元件也自然形成了内部三只等效电容,而IGBT内部的Cge却不是寄生性的,实在是工艺与结构所形成。Cce电容我们不要去管它,在异常情况下,Ccg和Cge两只电容的存在,有可能引起IGBT误导通。
图5-23所示为VT2的GX、EX脉冲端子开路时的情形。上电后,VT1和驱动电路呈正常连接状态,负的截止电压加到G、E极上,能将其维持在可靠的截止状态。变频器运行信号的莽撞投入,使VT1受正向激励脉冲电压驱动而开通, VT2的C2极马上跳变为+530V的直流高压,此跳变电压提供了Ccg、Cge两只电容的充电电流回路,在VT1开通期间,VT2也为此充电电流所驱动,而近于同时开通,两管的同时导通形成了对P、N端的+530V供电电源的短路,啪啦一声,两只管子都炸掉了!假如VT1的信号端子是空置的,而VT2与驱动电路是正常连接的,同样下管的导通,也会令VT1的C1、E1极间瞬间跳变为DC530V高电平,由此产生VT1内部Ccg、Cge两只电容的充电电流,VT2、VT1同时导通而损坏。