Как проверить IGBT-модуль и транзистор: p-n переходы и ёмкость затвора

Прозвонка IGBT мультиметром находит грубые неисправности — пробой и обрыв. Но модуль может «звониться» нормально и всё равно быть повреждённым. Поэтому в лаборатории мы проверяем IGBT в два шага: сначала p-n переходы, затем ёмкость затвора — и обязательно сравниваем транзисторы одного привода между собой.

Что внутри IGBT-модуля

IGBT — транзистор с изолированным затвором: управляется он напряжением между затвором (G) и эмиттером (E), а силовой ток идёт от коллектора (C) к эмиттеру. Параллельно каждому транзистору стоит обратный диод. В модуле может быть один транзистор, два (полумост, как на картинке), шесть (весь инвертор) или весь силовой каскад сразу: выпрямитель, инвертор и тормозной ключ.

У мощных модулей каждый «транзистор» на схеме — это несколько кристаллов, соединённых параллельно тонкими проводниками. Это важно для проверки ёмкости — ниже объясним почему.

Шаг 1. Прозвонка p-n переходов

Мультиметр — в режим прозвонки диодов. Проверяем каждый транзистор отдельно; у модулей для этого есть вспомогательные выводы затвора и эмиттера (G1/E1, G2/E2 и т. д.). Подробно про прозвонку всего силового каскада — в статье «Как проверить IGBT-модуль и диоды выпрямителя мультиметром».

Затвор изолирован от остальных выводов тонким слоем оксида. Любое показание, кроме обрыва, между затвором и коллектором или эмиттером означает пробой затвора — такой транзистор под замену.

Шаг 2. Ёмкость затвора

Затвор IGBT — это конденсатор. Его ёмкость измеряют мультиметром в режиме измерения ёмкости или LCR-метром между затвором и эмиттером (G–E). Для модулей на сотни ампер это обычно единицы — десятки нанофарад: чем больше ток модуля, тем больше ёмкость.

1. Разрядите затвор: замкните G и E на секунду.
2. Подключите щупы к G и E этого транзистора. Коллектор ни с чем не соединяйте.
3. Запишите показание и повторите для всех транзисторов модуля и привода — одним и тем же прибором, на одном пределе измерения.
4. Сравните показания между собой.

Почему показания должны совпадать

У исправных транзисторов одного типа ёмкость затвора отличается на несколько процентов. Если один транзистор заметно выбивается — больше чем на 10 %, — внутри что-то не так:

• Ёмкость меньше обычного. Часто оборван проводник к одному из параллельных кристаллов: он больше не управляется, и ёмкость падает пропорционально — на треть, если кристаллов три. Оставшиеся кристаллы работают с перегрузкой и скоро выйдут из строя.
• Ёмкость больше обычного или показание «плавает». Утечка или повреждение оксида затвора — транзистор может открываться сам.
• Разброс между транзисторами разных модулей. Модули разных производителей или партий, установленные в одном приводе.

Драйвер заряжает и разряжает затвор через резистор, поэтому время включения и выключения прямо зависит от ёмкости. Транзистор с другой ёмкостью переключается раньше или позже соседей:

• в плече инвертора сокращается пауза между выключением одного транзистора и включением другого — мёртвое время. Если она исчезает, возникает сквозной ток и модуль сгорает. Подробно — в статье «Мёртвое время (dead time) в преобразователе частоты»;
• в модулях с параллельными кристаллами или параллельно включёнными модулями ток распределяется неравномерно: один транзистор перегревается;
• растут потери на переключение и нагрев.

Мультиметр и измеритель ёмкости не покажут, как транзистор ведёт себя при рабочем напряжении и токе. Окончательную проверку проводят на испытательном стенде под нагрузкой.

← Все статьи и база кодов ошибок