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【原创】大伙来聊聊IGBT可靠性的那些事儿

  • 2014-05-19 09:28
  • 与中非

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        随着风力发电,智能电网建设,电力汽车,高压变频器等新兴应用的崛起,大功率IGBT 的应用越来越多。而与之相应的是IGBT的可靠性在大功率电源设计中的重要性与日俱增。本人甚至认为基于上述新兴应用领域的特殊性。系统可靠性已经成为最重要的设计指标之一。而大功率开关器件的可靠性问题更是重中之重。

        基于这些考虑,本人打算把自己的一些不成熟看法贴出来。这些内容并非来自现有资料或观点的梳理,均系首次提出。希望能依靠其突出的新颖性,全面性,立足于实践的特点,达到抛砖引玉,引出大家对IGBT可靠性相关问题的深入讨论总结的目的。希望大家多多支持关照!

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • 电源网-娜娜姐

    LV.1

    2014-06-10 14:29

    @飞翔2004

    问下版主IGBT管都有哪些损耗呢?IGBT损耗都跟什么有关系呢?
    此贴已被推荐到置顶头条及elecinfo首页头条,期待张工的更新及更多经常精彩内容。
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  • 飞翔2004

    LV.1

    2014-06-10 16:54

    @与中非

    理想状态下,驱动是输出的是一个由正负电平组成的方波。该方波的上升下降沿不可能是理想的阶跃变化。不管是从正电平(比如上例的+15V)跃变到负电平(比如上例的-8V)形成的下降沿,还是从负电平跃变到正电平的上升沿,都是需要时间的。所谓驱动器的上升时间就是指这个上升沿所用的时间。而这个上升下降时间,不同的驱动器差异是很大的。快的能到几十纳秒,慢的甚至可以到1us以上。解释清楚了吗?

    现在国内都有哪些厂家在做IGBT管做得比较好的?一般是IGBT管还是IGBT模组比较多?
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  • 与中非

    LV.1

    2014-06-10 23:06

    @飞翔2004

    问下版主IGBT管都有哪些损耗呢?IGBT损耗都跟什么有关系呢?

    个人认为损耗应该分为IGBT的导通损耗和开关损耗,以及二极管的导通损耗和开关损耗四大类。二极管的导通损耗除了和自身特性相关外最大的因素就是温度了,而开关损耗除这两点之外也和关断的速率(反向恢复阶段的电流大小)之间存在一些关系。至于IGBT的导通损耗除了与温度相关和门极电压也相关。开关损耗就复杂一些了,和工作电流,工作电压,密勒电容(门极与集电极之间的等效电容与集射电压相关),驱动电流,门极稳态电压,温度等因素都有关系。有一点容易忽略的是和关断震荡波形也有关系。也就是说和外围电路的杂散参量,尤其是吸收电路也是有关系的。当然了,最主要的还是IGBT自身特性决定的开关硬度。

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  • 与中非

    LV.1

    2014-06-10 23:09

    @电源网-娜娜姐

    此贴已被推荐到置顶头条及elecinfo首页头条,期待张工的更新及更多经常精彩内容。

    谢谢编辑部的大力支持!我尽快完成手上的工作,争取尽早有时间出些更好的内容。

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  • nyh20028319

    LV.1

    2014-06-11 13:06

    @与中非

    IGBT的特点是大功率,高电压。(电源的功率大了,电压就不能太低,否则大电流会导致高损耗,关断尖峰等问题。)而且抗过载冲击能力强。而MOS的特点则是开关速度快。所以在大功率应用,尤其是高压应用中IGBT使用较多。而高频应用则MOS较多。在开关电源里,IGBT主要还是用在频率较低的有源功率因数校正等部分。在其他场合,像民用的电磁炉等千瓦级的产品上使用份额较大。而随着伺服电机等电力产品越来越多的替代传统的气动,液压等动力机构。乃至电力汽车,新能源等产业的崛起。IGBT,尤其是高压大功率的IGBT的使用会越来越多。

    个人浅见,电源产业未来高附加值的增长点,主要会集中在低压直流大电流和高动态性能的逆变两大方向。前者在强调高效和高功率密度的基础上,会越来越看重动态响应能力。而后者则会越来越看重与伺服控制技术相结合的宽动态范围的输出频率和电压。

    CPU供电就要考虑动态响应什么的。

    电流很大,仿真DCR ,IR Drop仿真。

     

     

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  • Q597298353Q

    LV.1

    2014-06-13 00:14

    @与中非

    你好,电磁炉这一块我并没有接触过。在这发表一些浅见,希望能给你些参考吧。首先,作为维修而言,我认为应该尽量选择原来的型号,或者是在各方面尽量接近的型号。因为原来的型号是经过设计者的选型以及验证的。包括其他外围电路的各种参数也都和它之间有或多或少的联系。所以应该是尽量接近为好。而不是就单一方面的参数更优为好。如果不知道原来的型号。那么我认为电磁炉里IGBT的工作条件近似于软开关。所以对IGBT特性参数的选择应该没有什么针对性,参数够用即可。反倒是内置的二极管要适当注意选择参数更好一些的。至于IGBT的拖尾时间问题。它在一定程度上反映了IGBT的开关硬度。拖尾时间长的关断柔和不容易出现尖峰过压。当然,损耗也稍微大一些。而在电磁炉这样的工作方式下开关硬度大一些应该不是问题。所以建议选择拖尾时间小的。

    电磁炉里IGBT的工作条件有软开关,也有硬开关。因为每一家采用芯片的差异:其开通和关断特性都是不一样的。
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  • zhishaofeng

    LV.1

    2014-06-13 21:26

    @与中非

     

    说到这里,再说些题外话。和一些刚毕业的朋友沟通,往往会觉得他们对外界大环境的认识和自身发展策略的规划上把握不好。其实任何事情都不能脱离大背景独立运行。如果从一生的职业生涯跨度上看问题就必须立足于大背景的趋势。企业也好,个人也罢。如果总用静态的眼光看事做事,难免落后一拍,处于被动。我个人的浅见,隐隐觉得。随着国内人口红利的耗尽和经济背景的变化,未来企业的竞争力,亦或技术人员的竞争力都将集中于产品定义的创新和产品可靠性的升级两方面,而以往的面向节约成本或解决有无的复制性研发将不再具有太大的竞争力。从技术层面看,社会大趋势决定了未来世界是建立在电力能源的基础上,在高度智能化背景下,整合机器视觉,运动控制技术等要素成为替代石油,电信等业务的新兴经济增长点。所以,电源行业的技术人员或许进入一个朝阳产业通道。但前提是,你的专长不是以低成本开发类似的产品,而是以高可靠性开发,赋予产品新的技术特点。以迎合市场需要。这就需要更加深入地理解概念实质,理解可靠性制约因素。

    说得不错!顶一下
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  • 电源网-娜娜姐

    LV.1

    2014-06-18 14:57

    @与中非

    谢谢编辑部的大力支持!我尽快完成手上的工作,争取尽早有时间出些更好的内容。

    期待张工的尽早回归,大家等着您~
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  • 曲径通幽

    LV.1

    2014-06-20 16:49

    @与中非

    谢谢编辑部的大力支持!我尽快完成手上的工作,争取尽早有时间出些更好的内容。

    看了一下午,真的很多感触。
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  • jiangchao3392

    LV.1

    2014-06-22 22:46

    @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。

    5IGBT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!

    搬好凳子,学习学习
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