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1.IGBT的单管(单模块)的脱机测量方法
(1)指针式万用表的测量方法。这个方法常用于IGBT单管、大功率IGBT单、双模块和新购进一体化模块的测量。
1)栅较、发射较和集电极三者之间的正、反向电阻值。用指针式万用表的×1K挡进行测量,只有当黑表笔接发射较,红表笔接集电极时,测得电阻值为5kQ,这一电阻值为器件内部并联在集电极和发射较上的二极管的正向电阻值。其他测量结果,栅较一发射较、栅较.集电极、集电极一发射较之间的电阻值均为无穷大。如果测出三个电极间有一定的电阻值(如数千欧姆),则说明器件已经损坏。
2) IGBT的动态性能测量。进一步测量IGBT在驱动电压作用下,能否工作于导通和截止两种受控状态。
可采用测量(MOSFET)场效应晶体管的方法来测试。MOSFET的栅一阴极间有一个结电容的存在,故由此决定了较高的输入阻抗和电荷保持功能。对于IGBT,存在一个Cg。结电容。利用其G、E之间的结电容的充电、放电和电荷保持特性,可以有效检测IGBT的好坏。
方法是:将指针式万用表打到×10K挡,黑表笔接C较,红表笔接E较,此时所测电阻值近乎无穷大;搭好表笔不动,用手指将C较与G较碰一下并拿开,指示由无穷大阻值变为200kΩ左右:过一二十秒钟后,再测一下C、E间电阻(仍是黑表笔接C较,红表笔接E较),仍能保护200kΩ左右的电阻值不变;搭好表笔不动,用手指短接一下G、E较,C、E较之间的电阻又重新变为接近无穷大。
实际上,用手指碰一下C、G较,是经人体电阻给栅.射结电容充电,拿开手指后,因电容无放电回路,故电容上的电荷能保持一段时间。此电容上的充电电压,为正向激励电压,使IGBT管子出现微导通,C、E之间的电阻减小;*二次用手指短接G、E时,提供了栅-射结电容的放电通路,随着电荷的泄放,IGBT的激励电压消失,管子变为截止,C、E之间的电阻值又趋于无穷大。
手指相当于一只阻值为数千欧姆级的电阻,提供栅.射较结电容充、放电的通路;因IGBT管子的导通需较高的正向激励电压(10V以上),所以应该使用指针式万用表的×10k挡来测量。此挡位内部电池供电为9V或12V,以满足IGBT管子激励电压的幅度。指针式万用表的电阻挡,黑表笔接内部电池的正极,红表笔接内部电池的负极,因而黑表笔为正,红表笔为负。这种测量方法只能采用指针式万用表。
对触发端子的测量,还可以配合电容表测其容量,以增加判断的准确度。往往功率容量大的模块,G、E两端子间的电容值也稍大。
(2)用数字万用表的测量方法。
1)用20k挡测量,除了黑表笔接集电极,红表笔接发射较时测量的正向电阻约为17kΩ左右,其他测量结果电阻值都为无穷大;用二极管挡测量,除了黑表笔接C较,红表笔接E较时测量的正向电压值约为0.4V外,其他测量结果均为电压降无穷大。
2)用数字万用表或数字电容测量仪的20n挡,测量栅.射结的电容量,是一个较好的测量方法。一般IGBT器件的栅.射结电容的电容量在20nF以下,小功率IGBT管电容小,大功率IGBT模块的电容量大一些。另外,大功率IGBT模块当红表笔接栅较时(称为正测)所测电容量较小;当黑表笔接栅较时(称为反测),所测电容量较大。如果测得的电容量远远大于20nF或测不出电容量(小于1nF),则说明IGBT的栅,射结已经损坏。
下面为双管模块CM200Y-24NF、SKM75GB128DE、一体化模块FP25R12KE3,用MF47型指针式万用表,×10K挡测量IGBT动态特性所得出的电阻值数据,和用数字表的20n挡测量栅一射结的电容量所得出的电容量值的数据。
1) CM200Y-24NF模块:主端子C1、C2、E1、E2,触发端子C1、E1、C2、E2;触发后为C、E电阻为250kΩ;周电容表200nF挡测量触发端子电容量为36.7nF,反测(黑笔搭G端子,红笔搭E端子)为50nF。
2) SKM75GB128DE模块:主端子同上,触发后C、E电阻为250kΩ;触发端子电容正测
4.lnF,反测12.3nF。
3) FP24R12KE3集成模块,也可采用此法,触发后为C、E电阻为200kΩ左右;触发端子电容正测6.9nF,反测10.1nF。
脱机测量得出的结果,能大致(相对)判断IGBT的好坏,但不是IGBT好坏的最后(**)结果。对IGBT由绝缘缺陷造成的漏电等损坏原因,需要为对IGBT施加一定的供电电压(如为主电路上电)试验才能最后确定IGBT的好坏。
2.在线测量
如上文所述(见图3—1),从变频器的主电路接线端子,对逆变功率电路的(功率模块内部)6只IGBT进行测量,仅能测量出并联于器件集电极和发射较上的二极管的正、反向电阻值(或正向导通压降),证实IBGT的集电极和发射较之间,没有短路故障。更进一步的测量,应该从IGBT的信号输入端——栅.射结着手进行。
打开机器外壳,将MCU主板和电源/驱动板,两块线路板取出,记住排线、插座的位置,插头上无标记的,应用口取纸、油性记号笔筹打上标记。取下两块线路板,剩下的就是如图3-1所示的主电路了。直接测量逆变模块的G1、E1和G2、E2之间的触发端子电阻,都应为无穷大。如果驱动电路与IGBT还在连接状态下,则G1、E1触发端子之间往往并接有10kΩ电阻(大功率机型3kΩ左右),则正、反电阻值均应为10kΩ。有了正、反电阻值的偏差,在排除掉驱动电路的原因后,则证明逆变模块已经损坏。
这是从IGBT输入信号端子,检查其电阻值,判断IGBT好坏的方法。先从主接线端子测量,确定集电极和发射较之间无短路故障,再从输入端子,确定栅较、发射较之间无漏电和短路故障。这两项在线测量都没有问题,一般情况下认为模块基本上是好的。但此时下一个定论,仍是为时过早的。
上述测量方式是仅从输入、输出端子对直流回路(P、N端)之间来进行的,是在线测量方法的一种,*二种在线测量方法,是上电后进一步检测逆变功率电路是否正常。
所有的检修工作结束后,为变频器接入供电电源,先空载测量三相输出电压,其中不含直流成分,三相输出电压平衡后,再带上一定负载,使变频器的输出电流达到SA左右,逆变模块(IGBT)导通内阻变大的故障便能暴露出来。上电测量方法结合后文的实际检修,再行说明。