IGBT失效分析与应对
IGBT的失效原理及失效时参数变化规律
IGBT 失效机理分析及参数变化1 过电压失效1．1栅极过压IGBT 的栅极-发射极驱动电压G E U 的保证值为正负20v ，如果在它栅极和发射极之间加上超过保证值的电压，则可能损坏IGBT ，另外，如IGBT 的栅极与发射极间开路，而在其集电极与发射极之间加上电压，则随着集电极电极电位的变化，由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在栅极电位升高，集电极-发射极有电流流过。
这时如集电极和发射极间处于高压状态，可能会使IGBT 发热甚至损坏。
1． 2 集电极-发射极过电压IGBT 集电极-发射极过电压的产生主要有两种情况：一是施加到IGBT 的集电极-发射极间的直流电压过高，另一种是集电极-发射极间的浪涌电压过高。
所以实际使用过程要综合考虑。
1．3 杂散电感过电压因为电路中杂散电感的存在，而IGBT 的开关频率较高，当IGBT 关断时与开通时，就会产生很大的电压/L d i d t ，威胁到IGBT 的安全如图1-1所示出了IGBT 的杂散电感和杂散电容。
IGBT 的外部电感L 主要是指IGBT 直流侧电感，可算得L 对加在IGBT 集射电压的影响为：C E S P d d i U L U d t =+IGBT 杂散电感和杂散电容的示意图其中d U 为直流电压电容，di/dt 为IGBT 的电流变化率。
杂散电感L 产生的电压叠加在d U 上，IGBT 内部是集成电路芯片，耐压能力非常有限，如L 产生的电压较大，超出IGBT 的集电极-发射极间耐压值C E S U ，产生的过电压能轻易地将IGBT 击穿。
图1-2为IGBT 的过电压波形示意图。
IGBT 过电压示意图形IGBT 在关断时，由于电路中存在电感，关断瞬间产生尖峰电压，假如电压超过额器件的最高的峰值电压，将可能造成IGBT 击穿。
2 静电损伤严格来说，器件静电损伤也属于过电压应力损伤，静电型过电应力的特点是：电压较高，能力较小，瞬间电流较大，但持续的时间极短，与一般的过电应力相比，静电型损伤经常发生在器件运输、传送、安装等非加电过程，它对器件的损伤过程是不知不觉的，危害性很大。
浅谈IGBT失效分析
浅谈 IGBT失效分析摘要：绝缘栅双极晶体管(IGBT)是由功率MOSFET和双极晶体管(BJT)复合而成的一种新型的电力半导体器件，它集两者的优点于一体，具有输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、速度快及工作频率高等特点，成为目前最有应用前景的电力半导体器件之一。
在轨道交通、航空航天、新能源、智能电网、智能家电这些朝阳产业中，IGBT作为自动控制和功率变换的关键核心部件，是必不可少的功率“核芯”。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率，提升用电质量，实现节能效果，在绿色经济中发挥着无可替代的作用。
关键词：IGBT；电力半导体；频率；功率本文研究大功率交流传动电力机车技术平台及大功率交流传动内燃机车技术平台，参考了国内外文献，通过对试验和应用数据的搜集、统计、整理，发现了一些典型的IGBT模块失效案例，并对其进行了失效特征分析，具体如下：1 过压失效1.1集-射极过压失效失效位置发生在有源区的边缘处，如图1(a)所示。
可见，芯片表面靠近内侧保护环处有小面积轻微烧损。
发生失效的条件：一是芯片击穿电压不满足要求，或者芯片的击穿电压发生退化;二是IGBT工作时发生异常，导致芯片承受的电压超过其可以承受的额定击穿电压。
1.2栅-射极过压失效失效位置发生在栅极与发射极隔离区，如图1(b)所示。
失效特征表现为芯片表面栅极与发射极隔离区上有熔点。
发生失效的条件：一是芯片栅极氧化层质量差，耐压不满足要求，或者芯片的栅极氧化层耐压发生退化;二是工况导致栅极过电压或电路产生栅极震荡。
2 过流失效2.1短路失效失效位置发生在IGBT有源区(不含栅极)，如图2所示。
失效表现为模块中多个IGBT 芯片同时严重烧毁。
发生失效的条件：一是芯片短路安全工作区不能满足系统设计要求，或者短路安全工作区发生退化;二是工况发生异常，IGBT回路出现短路且IGBT未能及时被保护;三是半桥臂出现短路(IGBT或续流二极管)，导致另一半桥臂IGBT被短路，发生短路失效;四是工作环境温度升高，导致芯片结温升高，短路安全工作区范围变小;五是控制信号问题，导致IGBT误开关，引起(桥臂)短路失效。
IGBT在应用中碰到的常见问题解决方法
IGBT在应用中碰到的常见问题解决方法1 引言80年代问世的绝缘栅双极性晶体管IGBT是一种新型的电力电子器件，它综合了gtr和MOSFET的优点，控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。
随着电压、电流等级的不断提高，IGBT成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。
随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，开关器件在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。
为解决以上问题，过电流保护、散热及减少线路电感等措施被积极采用，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。
本文就针对这方面进行了综述。
2 IGBT的应用领域2.1 在变频调速器中的应用［3］SPWM变频调速系统的原理框图如图1所示。
主回路为以IGBT 为开关元件的电压源型SPWM逆变器的标准拓扑电路，电容由一个整流电路进行充电，控制回路产生的SPWM信号经驱动电路对逆变器的输出波形进行控制;变频器向异步电动机输出相应频率、幅值和相序的三相交流电压，使之按一定的转速和旋转方向运转。
2.2 在开关电源中的应用［5］图2为典型的ups系统框图。
它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器以及把直流电再变为交流电的逆变器。
蓄电池在交流电正常供电时贮存能量且维持正常的充电电压，处于“浮充”状态。
一旦供电超出正常的范围或中断时，蓄电池立即对逆变器供电，以保证ups电源输出交流电压。
ups逆变电源中的主要控制对象是逆变器，所使用的控制方法中用得最为广泛的是正弦脉宽调制（SPWM）法。
2.3 在有源滤波器中的应用［6］并联型有源滤波系统的原理图如图3所示。
主电路是以IGBT为开关元件的逆变器，它向系统注入反向的谐波值，理论上可以完全滤除系统中存在的谐波。
与变频调速器不同的是，有源滤波器pwm控制信号的调制波是需要补偿的各次谐波的合成波形，为了能精确的反映出调制波的各次谐波成分，必须大大提高载波的频率。
IGBT故障原因分析
IGBT故障原因分析O 引言目前，功率模块正朝着集成化、智能化和模块化的方向发展。
功率模块为机电一体化设备中弱电与强电的连接提供了理想的接口。
在任何运行状态下，功率模块都需要受到保护，以避免其承受不允许的电流应力，也就是说，避免功率模块的运行区超出所给定的安全工作区。
超出安全工作区运行将导致功率模块受损伤，其寿命会由此而缩短。
情况严重时还会立刻导致功率模块的损坏。
因此，最重要的是先检测出临界的电流状态和故障，然后再去恰当地响应它们。
本文的叙述主要是针对 IGBT 的过电流保护，但是，也可以类推应用到功率 MOSFET。
1 故障电流的种类故障电流是指超过安全工作区的集电极或漏极电流。
它可以由错误的控制或负载引起。
故障电流可通过以下机理导致功率半导体的损坏；1)由高功率损耗导致的热损坏；2)动态雪崩击穿；3)静态或动态的擎住效应；4)由过电流引起的过电压。
故障电流可进一步划分为过电流、短路电流及对地故障电流。
1.1 过电流特征：1)集电极电流的 di／dt 低(取决于负载电感和驱动电压)；2)故障电流通过直流母线形成回路；3)功率模块没有离开饱和区。
起因：1)负载阻抗降低；2)逆变器控制出错。
1.2 短路电流特征：1)集电极电流急剧上升；2)故障电流通过直流母线形成回路；3)功率模块脱离饱和区。
起因：1)桥臂直通短路(图 l 中的情况 1)一一由于功率模块失效而引起；一一由于错误的驱动信号而引起。
2)负载短路电流(图 l 中的情况 2)一一由于绝缘失效而引起；一一由于人为的失误而引起(例如误接线)。
1．3 对地故障电流图 l 中的情况 3。
特征：1)集电极电流的上升速度取决于接地电感和作用于回路的电压；2)对地故障电流不经过直流母线形成封闭回路；3)功率模块脱离饱和区与否取决于故障电流的大小。
起因：由于绝缘的失效或人为的失误使带电导线和大地电位之间存在连接。
2 ICBT 和 MOSFET 在过载及短路时的特性2.1 过电流原则上，器件在过电流时的开关和通态特性与其在额定条件下运行时的特性相比并没有什么不同。
IGBT失效分析
IGBT失效分析IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种重要的功率半导体器件，具有高性能和高集成度的特点，并广泛应用在电力电子设备中。
然而，由于IGBT长期工作在高温、高电压、高电流的环境下，容易出现失效的情况。
本文将对IGBT失效进行分析，重点从热失效、电压失效和电流失效三个方面进行论述。
首先，热失效是IGBT常见的失效形式之一、由于IGBT在工作过程中会产生大量的热量，如果散热不良或者长时间高温工作，会导致IGBT内部温度过高，从而造成失效。
常见的热失效原因包括过大的功率损耗、散热不良以及热应力等。
功率损耗过大会导致IGBT内部温度升高，从而热失效。
散热不良是指IGBT无法将产生的热量迅速散发出去，造成内部温度过高。
热应力则是指IGBT长时间在高温环境下工作，导致器件老化，最终失效。
其次，电压失效是指IGBT承受电压超过其额定值而失效的情况。
IGBT的电压承受能力受到其结构设计和材料特性的限制，如果工作电压超过了其额定值，会导致击穿、损伤甚至烧毁。
常见的电压失效原因包括过高的工作电压、过高的尖顶电压以及过高的幅值电压等。
过高的工作电压意味着IGBT需要承受更高的电场强度，容易导致击穿。
过高的尖顶电压和幅值电压则是指在电压波形上出现过高的尖顶值或幅值，会导致电压应力集中，容易造成失效。
最后，电流失效是指IGBT承受电流超过其额定值而失效的情况。
IGBT的电流承受能力受到其电流密度和结构设计的限制，如果工作电流超过了其额定值，会导致过载、击穿甚至烧毁。
常见的电流失效原因包括过高的工作电流、过高的尖顶电流以及过高的幅值电流等。
过高的工作电流意味着IGBT需要承受更高的电流密度，容易导致击穿。
过高的尖顶电流和幅值电流则是指在电流波形上出现过高的尖顶值或幅值，会导致电流应力集中，容易造成失效。
综上所述，IGBT的失效主要包括热失效、电压失效和电流失效。
热失效是由于功率损耗过大、散热不良或者长时间高温工作而导致的，电压失效是由于工作电压超过额定值而导致的，电流失效是由于工作电流超过额定值而导致的。
逆变器IGBT功率模块故障分析与处理措施分析
逆变器IGBT功率模块故障分析与处理措施分析摘要：绝缘栅双极型晶体管功率模块设计，是当前设计逆变器的核心所在，只有充分保障模块运行的可靠性与整体质量，才可以让光伏电站可以稳定安全的运行下去。
在本文的分析中，主要阐述了IGBT的功率模块经常损坏问题，并从运行环境、硬件以及各种影响因素进行分析，为相关领域工作人员提供一定的参考。
关键字：IGBT；光伏电厂；硬件故障引言为了保障IGBT功率模块可以稳定的运行，日常需要工作人员结合实际的故障信息，进行针对性的分析与评估，同时采用准确的处理方式，及时的处理好例如锁定效应、过流运行以及短路超时的常见故障信息，以此全面的推动电力系统的运行稳定性。
1 IGBT功率单元绝缘栅双极型晶体管的设计，采用金氧半场效晶体管进行安装，以及与双极型晶体管进行负荷处理，以此具备着驱动功率小，以及开关速度比较快的特征。
在运行的过程中，也相应的发挥出饱和同时压降低的技术优势。
这样的设备在使用中，需要得到故障的及时处理与把控，以此促进新能源发电厂的稳定运行，带来更多的电力生产效益[1]。
2 IGBT功率模块故障分析2.1 锁定效应IGBT在设计中，由于内部设置了寄生晶体管，以此在规定的漏极电流的范围区间中，正偏电压要避免出现晶体管的导通情况。
在漏极电流的不断增长之后，正偏电压会导致NPN晶体管的开通，以此让NPN与PNP的晶体管始终处于饱满的状态下。
这样的情况，会导致栅极失去了原本的控制状态，并带来一定的IGBT 的锁定的基本效应，后续会引发一定的集电极电流过大，以及带来功耗方面的基本损失[2]。
2.2 长时间过流IGBT的功率模块的长时间运行过程中，经常会受到设备的选型失误问题，或者出现的安全问题的影响。
一旦出现了超出反偏安全工作区域，以及限定当中的电流安全边界的影响。
其次，后续进行针对性的处理中，需要及时的对断器件进行及时的处理，并控制引发功率所带来的一定负面影响。
现阶段进行该项目的处理中，需要结合系统的故障状态，才可以最终判断系统运行效果。
IGBT失效分析与应对
We Reach FurtherW R h F thIGBT失效分析与应对AN-17009 Rev.012017年8月目录•失效分析简介•失效分析的流程与主要方法•IGBT常见失效表征公司愿景：做世界功率器件市场知名的民族品牌AN-17009 Rev.012017年8月1•目的：以客观合理分析为基础，预防问题发生为根本目的。
为提高产品应用的可靠性发现解决问题并针对公司产品可能出现的问题做出预防失效分析简介的可靠性，发现、解决问题并针对公司产品可能出现的问题做出预防•分析内容：根据用户的故障结果，确认模块级故障表征，推导应用中所有可能导致故障发生的可能性。
•分析方法：依据用户使用的实际情况结合应用理论提出假设模型，通过测试、数据分析等一切可能的手段确认详细故障原因。
•注意：管控分析周期、分析成本与结果准确性间的平衡公司愿景：做世界功率器件市场知名的民族品牌AN-17009 Rev.01 2017年8月2失效分析的流程与主要方法获得用户反馈的信息外观检查电性能确认必要时进行X-ray、超声波显微镜检测拆解封装确认失效点、现象必要时去除硅胶、拆除芯片光学显微镜检测结合失效表征与用户使用情况分无损检测析确认根本原因破坏性检测公司愿景：做世界功率器件市场知名的民族品牌AN-17009 Rev.01 2017年8月3•失效分析的流程与主要方法FAE处置问题流程1、根据用户反馈的信息，测试IGBT，核实故障情况，初步确认故障原因，提出合理使用意见。
如果可以解决就避免调用更多资源2若无法解决第时间将情况反馈给工程品质部门人员并确认最短的反馈2、若无法解决，第一时间将情况反馈给工程、品质部门人员并确认最短的反馈时间，避免因不确定故障分析周期延误用户生产导致不必要的损失。
3、获得故障分析结果后，结合用户使用情况给出合理的解决方案，必要时跟进用户的改善过程提供技术支持用户的改善过程提供技术支持。
4、根据用户分级划分任务重要级别；基于自身或协同场内资源提高应对处置效率，避免无效沟通及沟通脱节。
IGBT模块损坏的原因分析和故障处理方式
IGBT模块损坏的原因分析和故障处理方式IGBT在使用过程中，经常受到容性或感性负载、过负荷甚至负载短路的冲击等，可能导致IGBT损坏。
IGBT在使用时损坏的原因主要有以下几种情况：(1)过电流损坏；1)擎锁定效应。
IGBT为复合器件，其内有一个寄生晶体管，在规定的漏极电流范围内，NPN的正偏压不足以使NPN 晶体管导通，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使NPN 晶体管开通，进而使NPN或PNP 晶体管处于饱和状态，于是寄生晶体管开通，栅极失去了控制作用，便发生了锁定效应。
IGBT发生锁定效应后，集电极电流过大造成了过高的功耗而导致器件的损坏。
2)长时间过流运行。
IGBT模块长时间过流运行是指IGBT的运行指标达到或超出RBSOA（反偏安全工作区）所限定的电流安全边界（如选型失误，安全系数偏小等），出现这种情况时电路必须能在电流到达RBSOA 限定边界前立即关断器件，才能达到保护器件的目的；3)短路超时(> 10Ps)。
短路超时是指IGBT所承受的电流值达到或超出SCSOA（短路安全工作区）所限定的最大边界，比如4 -5倍额定电流时，必须在10μs之内关断IGBT，如果此时IGBT所承受的最大电压也超过器件标称值，IGBT必须在更短时间内被关断。
(2)过电压损坏和静电损坏IGBT在关断时，由于逆变电路中存在电感成分，关断瞬间产生尖峰电压，如果尖峰电压超过IGBT 器件的最高峰值电压，将造成IGBT 击穿损坏。
IGBT过电压损坏可分为集电极—栅极过电压、栅极—发射极过电压、高dv/dt过电压等，大多数的过电压保护电路设计都比较完善，但是对于由高dv/dt所致的过电压故障，在设计上都是采用无感电容或者RCD结构吸收电路，由于吸收电路设计的吸收容量不够，而造成IGBT损坏，对此可采用电压钳位，在集电极—栅极两端并接齐纳二极管，采用栅极电压动态控制，当集电极电压瞬间超过齐纳二极管的钳位电压时，超出的电压将叠加在栅极上（米勒效应起作用），避免了IGBT因受集电极—发射极过电压而损坏。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
IGBT失效分析与应对
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率器件，常
用于高压、大电流的应用中。
在使用过程中，可能会出现IGBT失效的情况，需要及时分析原因并采取应对措施。
1.过流：IGBT在工作时承受的电流超过了其额定值，会导致过热失效。
2.过压：过高的电压会导致IGBT击穿，发生瞬态过电流，进而导致
失效。
3.温度过高：IGBT在工作时会产生热量，如果散热不良，导致温度
过高，会加速器件老化，从而失效。
4.瞬态过电压：IGBT在开关状态切换时会产生瞬态过电压，如果保
护措施不足，会导致器件失效。
应对IGBT失效的方法主要有以下几个方面：
1.选用适当的IGBT：根据具体的应用场景要求，选择适合的IGBT，
能够承受所需的电流和电压。
2.合理设计驱动电路：驱动电路的设计要合理，保证IGBT在开关状
态切换时的瞬态过电压得到有效的抑制。
3.加强散热措施：采用散热片、风扇等散热装置，保证IGBT的工作
温度不超过额定温度。
4.过电流保护：在电路中添加过电流保护装置，当电流超过预设值时，及时切断电路，保护IGBT不受过流损伤。
5.过压保护：在电路中添加过压保护装置，当电压超过预设值时，及时切断电路，保护IGBT不受过压损伤。
6.减少开关频率：降低IGBT的开关频率，减少器件的工作压力，延长器件的使用寿命。
7.充分测试和检测：在使用IGBT之前，应进行充分的测试和检测，保证器件品质合格。
8.定期维护与检查：定期对IGBT进行检查和维护，包括散热装置的清洁、连接端子的紧固等。
总之，IGBT是一种高性能功率器件，在使用中需要注意合理选择和设计，加强保护措施，定期进行维护和检查，以延长器件的使用寿命，确保系统的可靠性和稳定性。