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      測量無問題的IGBT模塊,一定是好模塊嗎?

      2021-11-11 11:25| 編輯:電工學習網| 查看: 6292| 評論: 0

          本篇文章我們談一談IGBT模塊的原理和測量、判斷。本篇文章本文只是論述由單只IGBT管子或雙管做成的逆變模塊,及其有關測量和判斷好壞的方法。IPM模塊不在本文討論內容之內。

          場效應管子有開關速度快、電壓控制的優點,但也有導通壓降大,電壓與電流容量小的缺點。而雙極型器件恰恰有與其相反的特點,如電流控制、導通壓降小,功率容量大等,二者復合,正所謂優勢互補。IGBT管子,或者IGBT模塊的由來,即基于此。從結構上看,類似于我們都早已熟悉的復合放大管,輸出管為一只PNP型三極管,而激勵管是一只場效應管,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。

          IGBT管子的等效電路及符號如下圖:

          常用IGBT單、雙管模塊(CM200Y-24NF)的引腳功能圖如下:

          FP24R12KE3 集成式模塊的引腳功能圖:

          在拆機前,可對模塊的好壞進行大致的測量,來進行初步的判斷。以上圖為例:4、5、6端子即為變頻器的U、V、W輸出端,22、24分別為變頻器內部直流主電路的P(+)端和N(-)端。找到這5個端子后,用數字或指針式萬用表都可以測量了。U、V、W三端子都對P、N端子有正、反向電阻。在IGBT管子正常的情況下,管子C、E之間電阻是無窮大的。只能測出管子上并聯的6只二極管的正、反向電阻。如果把4、5、6端子看成三相交流輸入端的話,六只二極管相當于一個三相整流橋電路,用測量和判斷三相整流橋的方法就可以了。

          一、在線測量:

          1、測量這個“三相整流橋”不正常了,則為模塊損壞了;

          2、測量這個“三相整流橋”是正常的,還不能確定模塊就是好的。應打開變頻器的主電路板,進行進一步的測量和驗定。即測量觸發端子及內電路是否正常。因觸發端子上往往并聯了10k(大功率機型并聯3k)左右的電阻,所以觸發端子的正反向在線在阻都應為所并聯電阻的阻值。這6個觸發端子的阻值都應是一樣的。如某一路觸發端子有了正反向電阻的差異,或是有電阻變小的現象,排除驅動電路的故障后,則是此模塊已損壞了。

          3、觸發端子的電阻測量也正常了,一般情況下認為模塊基本上是好的。但此時宣布模塊絕無問題,似乎尚為時過早。見后敘。

          二、脫機測量:

          1、此法常用于大功率單、雙模塊和新購進集成式模塊的的測量。

          將單、雙管模塊脫開電路后(或為新購進的模塊),可采用測量場效應管子(MOSFET) 方法來測試了。MOSFET的柵陰極間有一個結電容的存在,故由此決定了極高的輸入阻抗和電荷保持功能?衫么艘惶攸c有效地檢測IGBT管子的好壞。

          方法是:將指針式萬用表打到x10k檔,黑表接C極,紅表筆接E極,此時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;過幾十秒鐘甚至于更長一點的時間,再測一下C、E間電阻(仍是黑表筆接C極),仍能保護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為接近無窮大。

          實際上,用手指碰一下C、G,是給柵、陰結電容充電,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間。此電容上的充電電壓,為正向激勵電壓,使IGBT管子出現微導通,C、E之間的電阻減;第二次用手指短接G、E時,提供了電容的放電通路,隨著電荷的泄放,IGBT的激勵電壓消失,管子變為截止,C、E之間的電阻又趨于無窮大。

          手指相當于一只阻值為kΩ級的電阻,提供柵陰極結電容充、放電的通路;因IGBT管子的導通需較高的正向激勵電壓(10V以上),所以用萬表的x10k檔,此檔位內部電池供電為9V或12V,以滿足IGBT管子激勵電壓的幅度。

          對觸發端子的測量,還可以配合電容表測其容量,以增加判斷的準確度。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FP24R12KE3,用MF47C指針式萬用表,×10k檔測量得出的數據:

          CM200Y-24NF模塊:主端子C1,C2E1 E2 觸發端子C1 E1 C2 E2;觸發后為C、E電阻為250k;

          用電容表200nF檔測量為36.7nF,反測(黑筆搭G端子,紅筆搭E端子)為50 nF。

          SKM75GB128DE 主端子同上,觸發后C、E電阻為250k;

          觸發端子電容:正測4.1 nF,反測12.3 nF。

          FP24R12KE3 集成模塊,也可采用此法,觸發后為C、E電阻為200k左右;

          觸發端子電容正測6.9 nF,反測10.1 nF。

          三、在線測量或脫機測量之后的上電測量,才能最后確定模塊的好壞:

          修復一臺37kW東元變頻器,檢查為逆變模塊損壞,型號為CM100DU-24H。購得一塊相同型的模塊,走了一遍脫機測量的所有“程序”,確認模塊無問題后,裝機試驗。三相輸出電壓很不平衡,徹底檢查驅動電路確認無故障后,將三相U、V、W輸出對三相供電的零線測量(用指針式萬用表直流500V檔),U相,W相直流成分為零.而V相約有300V的直流負壓。由此判斷:V相下管導通良好,而上管導通不良,致使V相對零線有負電壓輸出。而V相上管,恰巧就是新換上的模塊。另購一只CM100DU-24H更換后,三相輸出正常。管子的故障,是內部MOSEFT管子正常,因而在線或脫機測量均正常。而內部輸出管C、E極間導通內阻變大。說明了一件事,即使是細致測量后,認為是好的逆變模塊,也不能百分之百斷定就是沒有問題的。萬用表的測量判斷能力畢竟是有限的。對接入電路上電后反映出的問題,不要存有先入之見,認為模塊不可能是壞的,從而造成對故障的誤斷,使檢修走入彎路!

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