短路故障時igbt失效的幾種故障原因分析

在電力電子裝置中我們經(jīng)常見到短路故障，IGBT短路故障致使igbt損壞的原因主要有以下三種。總的來說，這三種原因都可以歸結(jié)為器件中硅材料或焊接導線的熱效應(yīng)所引起。

1)vce過電壓

在保護電路控制igbt主動關(guān)斷由于短路引起的大電流時，由于分布電感的存在會產(chǎn)生vce過電壓，vce超過了特定的限制。igbt將因雪崩擊穿而損壞;與短路電流相等的ic將集中于一塊很窄的硅上從而產(chǎn)生一個高溫的熱點，因此，失去它的阻斷能力，并在幾十ns內(nèi)失去電壓。為了防止由于這類原因造成igbt失效，除了主回路的分布電感應(yīng)盡可能地小[4]，還需要一種帶有vce控制的門極驅(qū)動器。

2)超出硅材料的熱極限

短路過程中，igbt承受整個vdc電壓，同時ic為正常電流的若干倍。igbt將承受遠大于正常運行狀態(tài)下的損耗，從而使得igbt的結(jié)溫迅速升高[2]。如果結(jié)溫超過了允許的zui高結(jié)溫，將因熱積累作用失去阻斷能力[1]。vce將迅速降低，隨后整個器件*損壞。通常，igbt生產(chǎn)廠家都會保證在特定情況下10μs的短路耐受時間。

3)igbt擎住效應(yīng)

在igbt中存在一個寄生的npn三極管，正常運行情況下，這個npn三極管被擴散電阻旁路，不會開通[1]。然而，在IC很大的情況下，例如短路發(fā)生時，這個npn三極管將開通，這樣igbt門極將失去對igbt的控制力。zui終，igbt將因為過大的電流使芯片和焊接導線上產(chǎn)生過大的損耗而損壞。