微软公司宣布不再支持你正在使用的 IE浏览器,这会严重影响浏览网页,请使用微软最新的Edge浏览器
您好, 登录| 注册|

【原创】大伙来聊聊IGBT可靠性的那些事儿

  • 2014-05-19 09:28
  • 与中非

    LV.0
  • 1.8w

    浏览

  • 150

    回复

  • 0

    获赞

  •  

        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!

    0人已赞

    编辑 举报

    LV.1

    4098147

    1491236

    13

    485254

    说说你的看法

  • LV.

    @

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    取消
    发送
  • 现在还没有回复呢,说说你的想法

    现在还没有回复呢,说说你的想法

    全部回复(150)

  • 与中非

    LV.1

    2014-05-22 13:03

    @与中非

     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。

    个人认为,衡量IGBT驱动器性能最直接的参数在于输出能力。也就是输出峰值电流和上升下降沿速率。之所以这样说,是因为IGBT的开关过程对应于门极电压的变化波形。而决定波形质量的恰恰就是上述两个指标。由于IGBT的功率级别和应用场合要求的差异都很大。所以对应驱动器的输出能力需求也有很大区别。而如果为了节约成本而选用输出能力不够富裕的驱动器,那绝对是得不偿失的。尤其是在高可靠性要求的场合。那么如何衡量驱动器输出能力是否够用呢?

    综上所述。驱动器输出上升下降沿速率,一定要确保在IGBT门极电压对应的集电极电流达到当前实际集电极电流值之前,驱动器输出电压达到稳态电压值。这是重复精度的保证。有时大家会发现IGBT相关波形发虚。波形线变粗,变浅。这就是由于重复精度不良,每次扫描都有不同的轨迹导致的。这个问题需要重视。这预示着系统稳定性的不足,即便是眼下能满足需要,在以后,尤其是量产后,极可能出现问题。而输出峰值电流方面,欲度也要充足。由于驱动器峰值电流的密度是很大的,所以相关器件在可靠性和老化速度方面都有不小压力。留有充足的欲度很有必要。能输出,和能长期稳定输出并不是一回事。与之相应的,还有一点就是输出稳态电压值的批次离散性和长期稳定性(标称的波动范围是否足够小),也应该足够重视。
    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098433

    1491236

    13

    485254

    取消
    发送
    42
  • 与中非

    LV.1

    2014-05-22 13:03

    @与中非

    综上所述。驱动器输出上升下降沿速率,一定要确保在IGBT门极电压对应的集电极电流达到当前实际集电极电流值之前,驱动器输出电压达到稳态电压值。这是重复精度的保证。有时大家会发现IGBT相关波形发虚。波形线变粗,变浅。这就是由于重复精度不良,每次扫描都有不同的轨迹导致的。这个问题需要重视。这预示着系统稳定性的不足,即便是眼下能满足需要,在以后,尤其是量产后,极可能出现问题。而输出峰值电流方面,欲度也要充足。由于驱动器峰值电流的密度是很大的,所以相关器件在可靠性和老化速度方面都有不小压力。留有充足的欲度很有必要。能输出,和能长期稳定输出并不是一回事。与之相应的,还有一点就是输出稳态电压值的批次离散性和长期稳定性(标称的波动范围是否足够小),也应该足够重视。
    这里举个例子说明下。如果某IGBT工作电流对应于门极5V电压。驱动器输出电压为-8V+15V。假设输出上升沿阶段。在到达工作点之前的平均电流为3A(假设驱动器输出上升速率不足,和前阶段电源差较大两个因素大致相抵消)。对于一个典型的20nF门极电容的IGBT来说,只需87nS即可达到工作点电压。而相应的驱动器上升时间是否能在百纳秒量级呢?如果不能,那就要注意了。
    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098434

    1491236

    13

    485254

    取消
    发送
    43
  • 与中非

    LV.1

    2014-05-22 13:35

    @bpmf

    从我个人维修经验来看,对大功率逆变器的IGBT损坏,就同样一种IGBT在同样条件下,除机器内部元件老化变质外,

    还有一种现相IGBT损坏其保护电路完好,换了IGBT该机性能值标一切正常。我们的解释是元件老化和失效。但有个

    现相,同样一种IGBT在国外机上占有百分之五左右,而国内占百分之十左右。不知如何解释。

    没有对您说的实际情况的实地了解,我不好下定论。我认为可以造成这种情况的原因是很多的。比如我后面要说到的安装工艺方面的问题等等。但是,就您说的情况而言。我的第一反应是,IGBT工作区间的中心参数或特性设置,或者说参数分布区间的控制不合理。比如我所说第一类问题的第二,第三条,都有可能导致IGBT工作状态不良。考虑到器件参数的离散性,就总会有一些处于最差情况下的IGBT要承受更大的冲击。导致老化加速而更容易损坏。比如,由于上述原因最终导致的;关断尖峰较大(可能是状态不稳定导致在一些条件下出现较大尖峰,而不一定是每时每刻都较其他的IGBT大。)引起的齐纳击穿损伤(高频的过压不一定一次导致损坏。也会像静电损伤那样累积性的性能下降。或者说是加快老化。)再或者是开关速度较低,导致的IGBT温度相对较高而加速老化。(后面的帖子会说到电徒动(迁移)对器件的影响。IGBT具有与芯片非常接近的平面结构,也存在这个问题。)

    当然,还有其他的很多种可能性。至于说为什么使用同样的IGBT,国外产品就比国内的可靠。其实是一个问题。产品设计有没有问题,并不直接表现在样机是不是能用,用得住。更重要的批量产品的统计可靠性如何。这就是要靠设计者对我们所讨论的这类技术问题的驾驭能力了。处理得好,出现最坏组合的概率就低,他就不容易出现累积性的损伤,经过一段时间的使用后,最终失效的情况。

    至于为什么IGBT坏了,换一个新的就变得非常可靠。那我想还是同一个问题。设计的不合理最终导致的是安全区间的狭窄,而不是说这种配置条件下就一定会出问题。IGBT换了,自然和以前的那个,在安装质量,在参数上,就有些小差异。这足以使它工作于安全区间。较少出现,甚至是没有累积性的损害。宏观表现就是寿命长了。甚至是就不坏了。

    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098436

    1491236

    13

    485254

    取消
    发送
    44
  • 世平微

    LV.1

    2014-05-22 14:46

    @

    楼主威武,我来顶一下。支持!
    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098442

    1491236

    13

    612854

    取消
    发送
    45
  • lizlk

    LV.1

    2014-05-22 20:56

    @世平微

    楼主威武,我来顶一下。支持!
    我再次看了一遍,楼主辛苦了!
    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098469

    1491236

    13

    308094

    取消
    发送
    46
  • Sam_Xiner

    LV.1

    2014-05-23 09:16

    @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。

    说的太好了!

    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098479

    1491236

    13

    613062

    取消
    发送
    47
  • Sam_Xiner

    LV.1

    2014-05-23 09:29

    @与中非

    这里举个例子说明下。如果某IGBT工作电流对应于门极5V电压。驱动器输出电压为-8V+15V。假设输出上升沿阶段。在到达工作点之前的平均电流为3A(假设驱动器输出上升速率不足,和前阶段电源差较大两个因素大致相抵消)。对于一个典型的20nF门极电容的IGBT来说,只需87nS即可达到工作点电压。而相应的驱动器上升时间是否能在百纳秒量级呢?如果不能,那就要注意了。
    请教,何为驱动器的上升时间?
    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098480

    1491236

    13

    613062

    取消
    发送
    48
  • Sam_Xiner

    LV.1

    2014-05-23 09:45

    @与中非

    没有对您说的实际情况的实地了解,我不好下定论。我认为可以造成这种情况的原因是很多的。比如我后面要说到的安装工艺方面的问题等等。但是,就您说的情况而言。我的第一反应是,IGBT工作区间的中心参数或特性设置,或者说参数分布区间的控制不合理。比如我所说第一类问题的第二,第三条,都有可能导致IGBT工作状态不良。考虑到器件参数的离散性,就总会有一些处于最差情况下的IGBT要承受更大的冲击。导致老化加速而更容易损坏。比如,由于上述原因最终导致的;关断尖峰较大(可能是状态不稳定导致在一些条件下出现较大尖峰,而不一定是每时每刻都较其他的IGBT大。)引起的齐纳击穿损伤(高频的过压不一定一次导致损坏。也会像静电损伤那样累积性的性能下降。或者说是加快老化。)再或者是开关速度较低,导致的IGBT温度相对较高而加速老化。(后面的帖子会说到电徒动(迁移)对器件的影响。IGBT具有与芯片非常接近的平面结构,也存在这个问题。)

    当然,还有其他的很多种可能性。至于说为什么使用同样的IGBT,国外产品就比国内的可靠。其实是一个问题。产品设计有没有问题,并不直接表现在样机是不是能用,用得住。更重要的批量产品的统计可靠性如何。这就是要靠设计者对我们所讨论的这类技术问题的驾驭能力了。处理得好,出现最坏组合的概率就低,他就不容易出现累积性的损伤,经过一段时间的使用后,最终失效的情况。

    至于为什么IGBT坏了,换一个新的就变得非常可靠。那我想还是同一个问题。设计的不合理最终导致的是安全区间的狭窄,而不是说这种配置条件下就一定会出问题。IGBT换了,自然和以前的那个,在安装质量,在参数上,就有些小差异。这足以使它工作于安全区间。较少出现,甚至是没有累积性的损害。宏观表现就是寿命长了。甚至是就不坏了。

    解释的相当全面!国内很多IGBT使用者,往往坏的是IGBT,于是就认为是IGBT出问题。而IGBT供应商通常很难提供应用方案上的解释。这让后进的国产器件的进入门槛相对变高了很多。期待楼主的认识在神州大地遍地开花。
    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098482

    1491236

    13

    613062

    取消
    发送
    49
  • 与中非

    LV.1

    2014-05-23 10:00

    @Sam_Xiner

    请教,何为驱动器的上升时间?

    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?

    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098485

    1491236

    13

    485254

    取消
    发送
    50
  • bpmf

    LV.1

    2014-05-23 11:45

    @Sam_Xiner

    解释的相当全面!国内很多IGBT使用者,往往坏的是IGBT,于是就认为是IGBT出问题。而IGBT供应商通常很难提供应用方案上的解释。这让后进的国产器件的进入门槛相对变高了很多。期待楼主的认识在神州大地遍地开花。

    Sam_Xiner 工兵,你说的很对,就我个人维修经验而言,是凡代有隔离驱动的逆变器都有此问题。没有好的方案解

    决。如能解决这个问题,将对逆变类产品带来质的飞越。

    0

    设为最佳答案

    置顶

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    4098497

    1491236

    13

    612697

    取消
    发送
    51
  • 现在还没有回复呢,说说你的想法

     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10  
  • 回复

  • 收藏

  • 点赞

  • 举报有害信息

  • 已超出发布时间24小时,无法编辑与删除
    关于我们 联系方法 广告服务 会议服务 电子星球APP 网站地图 不良信息举报 热线:400-003-2006
    © 2002-2023 Netbroad(网博互动)公司版权所有 津ICP备 11006234号-2 联网备案号:12010402000747 增值电信业务经营许可证:津B2-20120058