测量变频器IGBT模块好坏的方法

共同成长888 2016-09-14

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测量变频器IGBT模块好坏的方法

作者：微叶科技时间：2015-04-07 09:39

IGBT在变频器中的电路示意

IGBT模块在变频器中主要做高速开关来使用的，不同的变频器IGBT的位置也不一样，变频器的主电路结构，是由交-直-交工作方式所决定的，由整流、储能（滤波）、逆变3个环节构成。7.5KW以下小功率机型，如台安N2-405-1013 3.7KW变频器主电路，三相整流和三相逆变电路都集成于一个模块内，曾称为"一体化或集成式主电路"；功率稍大一点，主电路即由三相整流模块和三相逆变模块两个模块构成；中功率机型，则由3只或6只单管或双管式（又称半桥）整流模块组成，逆变输出电路也是如此；大功率变频器，则数只功率模块并联构成以提高电流输出〔扩流）能力。主电路的形式随功率大小而表现在配置上有所不同。

图1为东元7200PA 37KW双变频器主电路，从R.S.T电源端子输入的三相380V交流电压，经三相桥式整流电路整流成300HZ脉动直流，再经大容量储能电容平波和储能，输人到由6只IGBT了构成的三相逆变电路，在驱动电路的6路PWM脉冲激励下，6 只108 了按一定规律导通和截止，将直流电源逆变为频率和电压可变的三相交流电压，输出到负载电路。

变频器IGBT模块好坏的检测

变频器接手后，不要忙于上电检查，可先万用表的电阻档〔数字式万用表的二极管档、指针式万用表Rx100或Rx1K档〉，分别测量！R.S.T个电源端子对―、-端子之间的电阻值，其他变频器直流回路正、负端标注为P.N，打开机器外壳后在主电路或电路板上可找到测量点。另外，直流回路的储能电容是个比较显眼的元件，由R.S.T了端子直接搭接储能电容的正、负极进行电阻测量，也比较方便。

R.S.T 3个电源端子对+、-端子之间的电阻值，反映了三相整流电路的好坏，而U、 V、 W 3个输出端子对十、-端子之间的电阻值，则能基本上反映IGBT模块的好坏。将图2-1整流和逆变输出电路简化一下，输人、输人端子与直流回路之间的测量结果便会一目了然。如图2-2所示。

VD1~VD6为输入三相整流电路，R为充电电阻，KM为充电接触器。C1,C2为串联储能电容。VD7~VD12为三相逆变电路中6只IGBT两端反向并联的6只二极管。IGBT除非在漏电和短路状态能测出电阻的变化，对逆变输出电路我们能实际测出的只是6只二极管的正、反向电阻值。这样一来，整个变频器主电路的输人整流和输出逆变电路，相当于两个三相桥式整流电路。

用数字式万用表测量二极管，将R.S.T搭接红表笔，P（+）端搭接黑表笔，测得的是整流二极管VD1.VD3.VD5的正向压降，为0.5V左右，数值显示为540；如将表笔反接，则所测压降为无穷大。如用指针式万用表，黑表笔搭接R.S.T端，红表笔搭接P (+)端，则显示7K正向电阻；表笔反接，则显示数百K。因充电电阻的阻值一般很小，如图2-1所示电路，仅为几欧，小功率机型为几十欧，测量中可将其忽略不计。但测其R。P1正向电阻正常，而R、P（+）之间正向电阻无穷大（或直接测量KM常开触头之间电阻为无穷大〕，则为充电电阻已经开路了。整流电路中VD02、VD04、VD6及U、 V、W端子对P(+）、n（-）端子之间的测量，也只能通过测量内部二极管的正反向电阻的情况来大致判定的好坏。

需说明的是，桥式整流电路用的是低频整流二极管模块，正向压降和正向电阻较大，同于一般硅整流二极管。而IGBT上反向并联的6只二极管是高速二极管，正向压降和正向电阻较小，正向压降为0.35V左右，指针式万用表测量正向电阻为4K左右。以上说到对端子电阻的测量只是大致判定IGBT的好坏，尚不能最后认定IGBT就是好的，简易测量后，就对用户说，输出模块是好的，会给自己带来极大的被动，IGBT的好坏还需进一步测量验证。如何检测IGBT的好坏，得首先从IGBT的结构原理入手，找到相应有效的测量方法，图2-3所示为IGBT等效电路和单7双管模块引脚图。

常见的IGBT模块的等效电路和单/双引脚示意图如下：

场效应晶体管有开关速度快、电压控制容易的优点，但也有导通压降大以及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，如电流控制容易、导通压降小，功率容量大等，两者复合，正所谓优势互补。IGBT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？"？型晶体管，而激励管是一只场效应晶体管，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。

单/双管模块常在中功率机型中得到应用。大功率机型将其并联作用，以达到扩流的目的。图2-4为单机模块，将整流与逆变电路集成于一体。另外，有的一体化（集成式）模块，将制动单元和温度检测电路也集成在内。

对主电路测量方法有两种，即在线测量和脱机测量。

1.在线测量

1）上述测量方式是仅从输入、输出端子对直流回路之间来进行的，是在线测量方法的—种，对整流电路的开路与短路故障则较明显，但对逆变电路还需进一步在线测量以判断好坏。

2)打开机器外壳，将IGBT主板和电源7驱动板两块电路板取出，记住排线、插座的位置，插头上无标记的，应用油性记号笔等打上标记。取下两块电路板后，剩下的就是如图2-1所示的主电路了。直接测量逆变模块的G1、E1和G2、E2之间的触发端子电阻，都应为无穷大。如果驱动板未取下，模块是与驱动电路相连接的，则G1、E1触发端子之间往往并接有10k电阻（大功率机型3K左右〉，则正反电阻值均应为10K。有了正反电阻值的偏差，在排除掉驱动电路的原因后，则证明逆变模块已经损坏。

3)触发端子的电阻测量也正常，一般情况下认为逆变模块基本上是好的。但此时宣布该模块绝无问题，仍为时过早。

2.脱机测量

1)此法常用于大功率单/双管模块和新购进一体化模块的测量。

将单/双管模块脱开电路后（或为新购进的模块〕，可采用测量场效应晶体管(MOS-FET)的方法来测试该模块。MOSFET的栅-阴极间有一个结电容存在，故由此决定了极高的输入阻抗和电荷保持功能。对于IGBT存在一个G、E极间的结电容和C、E极之间的结电容，利用其G、E极之间的结电容的充电、电荷保持、放电特性，可有效检测IGBT的好坏。

方法是将指针式万用表拨到RX10、档，黑表笔接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；过一、二十秒钟后，再测一下G、E极间电阻〔仍是黑表笔接（：极，红表笔接2极），仍能维持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、E极，是经人体电阻给栅、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出现微导通，C、E极之间的电阻减小；第二次用手指短接G、E极时，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极之间的电阻又趋于无穷大。

手指相当于一只阻值为数K级的电阻，提供栅阴极结电容充、放电的通路；因IGBT的导通需较髙的正向激励电压（10V以上），所以使用指针式用万表的RX10K档(此档位内部电池供电为9V或12V)，以满足IGBT激励电压的幅度。指针式万用表的电阻档，黑表笔接内部电池的正极，红表笔接内部电池的负极，因而黑表笔为正，红表笔为负。这种测量方法只能采用指针式万用表。

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FP25R12KE3，用MF47C指针式万用表的RX10K档测量出的数据。

CM100DU-24H模块：主端子C1,C2,E1,E2；触发端子G1,E1,G2,E2；触发后C、E极间电阻为250K；用电容表200nF档测量触发端子电容为36.7nF，反测（黑表笔搭G极，红表笔搭E极）为50nF。SKM75GB128DE模块：主端子同上，触发后C、E极间电阻为250K；触发端子电容：正测为4.1nF，反测为12.3nF。FP25R12KE3集成模块：也可采用上述方法，触发后为C、E极间电阻为200K左右；触发端子电容正测为6.9nF，反测为12.3nF。