@与中非

按照我个人的看法，IGBT失效的机理大致可以分作两大类共九个方面。他们分别是；

第一类，由于参数裕度不足导致的四个问题；

1，变压器结电容相对于电压变化率过大，导致的耦合电流干扰问题。

（该内容从3帖起。 从18贴起，献上很有用的一部名著《小波十讲》，以及一些有关学习发展方向问题的题外话。）

这个问题导致的后果是，输出逻辑错误，控制电路被干扰，电路失效等。

2，驱动电路的工作频率（最小脉宽）相对IGBT开关频率（占空比范围）不足，或辅助电源平均输出功率不足，导致的输出不稳定。

（该内容从22贴起。从29贴起，是关于一些实际问题的讨论互动。）

这个问题导致的后果是，驱动状态发生波动，系统最坏情况出现概率增加。

3，驱动电路输出电压的上升下降沿速率与IGBT开关速率不匹配，或辅助电源峰值功率不足，导致驱动电路达不到满幅值驱动。

（该内容从37贴起。）

这个问题导致的后果是，产品批量一致性降低，系统最坏情况出现概率增加。

4，驱动芯片的额定输出功率密度相对不足，导致的器件老化加速。

(该内容从54贴起。）

这个问题导致的后果是，延迟时间增加导致死区时间相对不足，以及其他各种参数衰退等问题。

第二类，与应用技术相关的五个问题；

1，器件选用方面的问题。包括：储能电容的可靠性问题；电容等效直流电阻问题；光敏器件老化与可靠性问题；光线接口的环境粉尘及接口机械强度等问题。 (该内容从76贴起。第80贴附有关于焊接质量相关理论的培训资料。）

2，输出逻辑可靠性方面的问题。包括；存储器逻辑错误的一些建议措施；驱动板安装位置建议。 (该内容从86贴起。）

3，耦合电流路径方面的问题。包括；各单元安装环境，位置。接地问题，耦合电流引导问题，系统敏感带宽，闩锁，电源完整性问题。  (该内容从92贴起。）

4，输出电阻取值方面的问题。包括；取值上限的制约因素，取值下限的制约因素，IGBT温度与取值区间的关系。

5，IGBT安装方面的问题。包括；由于热或机械应力不均导致的失效；热阻及散热条件均匀性导致的失效。

本贴内容持续更新中！

@与中非

下面逐条具体说明一下；

1，变压器结电容相对于电压变化率过大，导致的耦合电流干扰问题。

说起驱动器的隔离效果，一些朋友往往想到参数手册中指出的隔离耐压，或者是能承受的最大电压变化率。但是，这些参数实质上是指驱动在什么样的工作条件下不会被损坏。而不是指驱动器的隔离效果。任何驱动器，包括使用光隔离的驱动器。都至少要有为输出级提供电源的隔离变压器。而变压器本身必然会存在原边与副边之间的耦合电容。当IGBT的开关过程导致两边电压出现较大变化率的时候。该电容的充放电必然会产生一个电流。这也将导致变压器两侧共地的电路被干扰。

@与中非

IGBT的集电极电压变化率，取决于与门极间等效电容在驱动电流作用下对应的电压变化率。当IGBT门极电压变化到门极电流与工作电流相当的时刻，门极电压将不再变化。驱动器输出的电流将对门极和集电极之间的等效电容充放电，实现门极电位的变化。因此这个电位变化过程本身是对应于该条件下对电容的恒流充电过程，其开始和结束都是近似于阶跃性质的。因此，总体上该干扰电流的函数具有门函数的特征。

@与中非

对于该干扰电流对电路系统影响的分析。应该采用类似小波变换的各类分析工具，从瞬时频谱分析的角度去识别那些携带能量较多的瞬时频率分量的特征。而不应该是采用基于傅氏变换的全时域分析。原因是这一类全时域分析的结果实质上是在瞬时频域分析结果的基础上，进一步在时间上求平均的结果。这将导致信号实时特征的畸变和丢失。不能真实地反映问题。不管采用何种瞬时频率分析方法都将与宏观上的电流函数特征相接近。那就是主要的瞬时频率成分存在于门函数周期对应的频率点以上，且较为接近。同时由于上升下降沿的存在。在相对较高的频段也含有相当一部分分量。这就使该干扰电流的主要瞬时频率分量集中在低频和高频两大部分。其中，低频部分的频率大致是对应IGBT上升下降时间所决定的电流持续时间。在数百纳秒至数微秒量级，大致对应1至10兆赫兹这一区间。而高频部分则是来自门函数的上升下降沿速率决定的频率。但这主要取决于耦合通路自身的频率特性。应该是明显高于低频部分的。进一步考虑到实际中杂散参量对该电流的低通能力。实际中的高频分量应该处于数百兆赫兹的水平。

@与中非

而1至10兆赫兹又是一个比较敏感的频段。它是pcb layout中共点接地和多点接地的混叠区间。这意味着地线系统中感抗成分达到甚至超越阻抗成分成为主要因素。电流的分布路径变得更加复杂且相对比较集中。由于该频段下线路的感抗特征和阻抗特征都比较明显，但还没有高至杂散电容发挥作用，因此表现出的线路电抗值是比较大的。在相互连接的两点之间具备形成较大电压的条件。这部分的干扰电流虽然占据主体，能量很大。但是频段相对较低，主要的影响还是集中在信号收发端之间形成的地电势差上。这将导致数字信号电平判定阈值裕度的损失。使发生逻辑错误的概率提高。

@与中非

对于该干扰电流对电路系统影响的分析。应该采用类似小波变换的各类分析工具，从瞬时频谱分析的角度去识别那些携带能量较多的瞬时频率分量的特征。而不应该是采用基于傅氏变换的全时域分析。原因是这一类全时域分析的结果实质上是在瞬时频域分析结果的基础上，进一步在时间上求平均的结果。这将导致信号实时特征的畸变和丢失。不能真实地反映问题。不管采用何种瞬时频率分析方法都将与宏观上的电流函数特征相接近。那就是主要的瞬时频率成分存在于门函数周期对应的频率点以上，且较为接近。同时由于上升下降沿的存在。在相对较高的频段也含有相当一部分分量。这就使该干扰电流的主要瞬时频率分量集中在低频和高频两大部分。其中，低频部分的频率大致是对应IGBT上升下降时间所决定的电流持续时间。在数百纳秒至数微秒量级，大致对应1至10兆赫兹这一区间。而高频部分则是来自门函数的上升下降沿速率决定的频率。但这主要取决于耦合通路自身的频率特性。应该是明显高于低频部分的。进一步考虑到实际中杂散参量对该电流的低通能力。实际中的高频分量应该处于数百兆赫兹的水平。

@与中非

数百兆赫兹的高频分量，将表现出明显的高频电流特征。并且应该是高于或接近多数主控芯片的工作频率。大家知道，高频数字电路中去耦电容的谐振频率应该是以电路最高工作频率作为最佳点。而如果干扰电流的频率高于电路最高工作频率则很可能使去耦电容表现为感性。结果是在电流对电路整体补充电荷以达成电荷平衡（形成等势体）的过程中，会导致电源电压的较大波动（尤其是电路接地处理不良的时候）。从该电流的功率级别来讲，由于是来自IGBT的开关动作。因此具有电流源性质。其能量足以引发电源完整性问题。比如CMOS器件最危险的闩锁问题。其危害之大是可想而知的。

@与中非

说点题外话。电子产品的任何技术参数都是在指定的测试条件下才有意义的。有一个故事，说ADI曾推出一款当时号称业内噪声最小的运算放大器。但是有使用者发现，在其设计的产品中换用该运放后的实测噪声，并不比原来的运放小。进一步分析才发现，这个运放指出的噪声参数是在典型的测试频段下测得的。而在该使用者实际使用的频段下却并没有优势。这个事例说明，理解产品的一个参数必须置于实际情况之下。数据，有时仅仅是一种典型代表，并不具有太多实际意义。就比如说这里的变压器结电容。很多驱动产品给出的数值都是很低的。但是实际中如此量级的电容值在实物测试时，必然受到电路杂散电感等因素的影响。而理论值往往又难逃理想化模型的影响。所以该数值的参考意义大于实际意义。如果你要对比结电容这一参数，建议同时比较产品的变压器结构，以便辅助判断结电容谁高谁低。

@电源网-静静