igbt工作原理和作用 igbt损坏的原因分析

igbt是什么？

IGBT，全称为Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管。这是一种电路开关设备，因其可以稳定控制电压并具有高耐压性能，常被用于直流电压为500伏或更高的变流系统中。

igbt工作原理

通过施加正向栅极电压以形成沟道，并为PNP（原先为NPN）晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。反之，通过施加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，从而使IGBT关断。大功率IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的工作原理与一般的IGBT相同，是通过栅极（Gate）电压来控制集电极（Collector）和发射极（Emitter）之间的电流。

igbt损坏的原因分析

在使用IGBT管时，经常会面临容性或感性负载的冲击，导致过负荷或甚至负载短路等问题，从而损坏IGBT管。IGBT管损坏的原因主要有以下几种情况：

一、过电流损坏

1. 锁定效应：IGBT管是一种复合器件，内部含有寄生晶体管，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使NPN型晶体管导通，进而使NPN型或PNP型晶体管处于饱和状态，导致寄生晶体管开通，栅极失去了控制作用，发生锁定效应。此时，集电极电流过大，造成过高的功耗，从而导致器件损坏。

2. 长时间过流运行：当IGBT管的运行指标达到或超出反偏安全工作区（RBSOA）所限定的电流安全边界时，会出现长时间过流运行。此时，电路必须能在电流到达RBSOA限定边界前立即关断器件，才能达到保护器件的目的。

3. 短路超时（＞10μs）：短路超时是指IGBT管所承受的电流值达到或超出短路安全工作区（SCSOA）所限定的最大边界，比如为4～5倍额定电流时，必须在10μs之内关断IGBT管。如果此时IGBT管所承受的最大电压也超过器件标称值，IGBT管必须在更短时间内被关断。

二、过电压损坏和静电损坏

1. 过电压损坏：在IGBT管关断时，由于电路中存在电感成分，关断瞬间将产生尖峰电压。如果尖峰电压超过IGBT管器件的最高峰值电压，将造成IGBT管击穿损坏。IGBT管过电压损坏可分为集电极一栅极过电压、栅极一发射极过电压、高du/dt过电压等。

2. 静电损坏：在IGBT管的运输、存储、安装过程中，由于静电的干扰，可能导致器件损坏。

在大多数情况下，过电压保护电路的设计都比较完善。但是由于高du/dt所致的过电压故障，设计中通常采用无感电容或者RCD结构的吸收电路。由于吸收电路设计的吸收容量不够，会造成IGBT管损坏。为此，可以采用电压钳位，往往在集电极和栅极两端并接齐纳二极管，从而保护IGBT管。