驅動電路頻率不足導致的IGBT失效分析

在IGBT的使用過程中，存在電路失效的情況，而失效的原因通常多種多樣，其中一種就是當驅動電路工作頻率相對IGBT開關頻率不足時，導致的IGBT失效問題。只有對IGBT失效原因進行正確全面的分析，才能找出問題的根源順利解決。幫助大家理解這種失效原因背后的原理。下面我們就來說說驅動電路頻率不足導致的IGBT失效分析。

通常來說，限制輸出頻率的因素是響應速度和耗散功率。但是相比之下很多驅動產品的規(guī)定輸出頻率上限卻顯得小了很多。這是為什么呢?原因之一，是驅動器經過一次輸出翻轉后并不能馬上恢復穩(wěn)態(tài)。如果在驅動器進入穩(wěn)態(tài)前再次輸出翻轉，則會引發(fā)一些可靠性問題。 比較典型的一個環(huán)節(jié)就是輔助電源。由于驅動輸出功率相比于其瞬間輸出峰值功率來說都比較小。因此每次輸出翻轉都會造成電源電壓跌落，需要一段時間來充電升壓到正常值。好在驅動器有兩個外接電容分別為上升和下降輸出供電。因此，通常占空比不會受到這方面因素的限制。

但是如果特殊的應用場合導致輸出占空比出現(xiàn)大幅度的突變。那就可能出現(xiàn)兩次同向翻轉的間隔時間過短，導致供電不足的問題了。這一點需要注意，要把占空比最大變化率對輸出頻率裕度的損耗折算進去。 再有就是外接電容的問題。一般大家選用的都是鋁電解電容，原因是價格較低，容值大。但是，電解電容的壽命與溫度關系密切。一般來說工作環(huán)境溫度每上升10度，電容壽命將折損一半。因此對于像軋鋼機等高溫應用場合就要考慮這個問題。而鋁電解電容老化的直接后果是等效串聯(lián)電阻ESR的增大。對于驅動的儲能電容來說，這意味著輸出電壓波動的惡化。將導致IGBT開關速率的飄移。

另外一個方面是結型晶體管的存儲電荷問題。由于控制方式上的優(yōu)勢，驅動電路中往往包含有雙結型晶體管而非全部是場效應管。雙結型晶體管有一個特點，就是它的關斷過程依賴于流經的電荷總量。這個過程也就是基極存儲電荷的耗盡過程。而驅動器的輸出并不是連續(xù)的，在達到給定電位后就不再有輸出。這實質上斬斷了存儲電荷釋放的渠道。因此很多時候驅動器在一次輸出以后需要很長的時間來耗盡存儲電荷。如果在它恢復至穩(wěn)態(tài)前再次輸出翻轉。則可能導致響應遲緩，輸出幅度不足和耗散功率的驟增等問題。這里需要說明的是，如果上述機理是一款驅動器輸出頻率的主要限制因素，那么該驅動器的極限工作頻率與溫度的相關性就會比較大。與之相應地就要注意最高工作頻率的實際測試溫度，酌情留有裕度。

通過上面的失效分析，可以看到驅動器輸出頻率應當留有一定的裕度。最好將占空比變化率計算在內。舉例來說，如果占空比在相鄰兩個周期間，可能從33%突變至66%。那么對應的最高工作頻率就該是當前值的1.5倍。另一方面，驅動器外接的鋁電解電容最好選用品質較高的產品，不要在市場上隨意采購。尤其推薦一些廠家特制的開關電源專用輸出濾波電容。這類電容在ESR方面有優(yōu)勢。再有就是，如果產品應用的溫度范圍很寬。比如野外移動使用的電源設備，可能在極寒酷暑下使用。建議根據(jù)情況留有更加富裕的最大工作頻率欲度。 可以看到，是當驅動電路工作頻率相對IGBT開關頻率不足時，IGBT失效問題。內容雖然不多，但都是從擁有一定設計經驗的電源從業(yè)者的經驗中總結得出的。詳細會對各位新手帶來一定的幫助。