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新能源电动车空调涡旋压缩机常见硬件故障分析——压缩机IGBT失效(图文)

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新能源汽车电动空调涡旋压缩机行业常见问题及解决方案
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新能源电动车空调涡旋压缩机常见硬件故障分析——压缩机IGBT失效(图文)
时间 时间:2020/02/29 阅读 阅读:4301

【摘要】     电动车压缩机由动力电池提供高压电驱动。电动压缩机的电机是三相永磁同步电机,内部的IGBT逆变电路将直流电转换成交流电,驱动三相电机旋转。电动汽车压缩机常见的主要故障有涡旋盘运动故障、电机模块故障和压缩机电机控制模块故障等。现在讨论压缩机常见的故障之一--IGBT失效。 IGBT是压缩机电机...

    电动车压缩机由动力电池提供高压电驱动。电动压缩机的电机是三相永磁同步电机,内部的IGBT逆变电路将直流电转换成交流电,驱动三相电机旋转。电动汽车压缩机常见的主要故障有涡旋盘运动故障、电机模块故障和压缩机电机控制模块故障等。现在讨论压缩机常见的故障之一--IGBT失效。

IGBT是压缩机电机控制模块中逆变电路的主要构成部件,全称是绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,IGBT实现能量变换的开关芯片,IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,使IGBT关断,IGBT三个管脚分别为集电极(C)、发射极(E)和门极(G)。

当整车报高压互锁,保险丝烧毁,可以先排查压缩机高压侧,用万用表导通档测试高压接头正负极,若发现正负极导通,即IGBT损坏,IGBT内部集电极和发射极短路导通,IGBT击穿的原因过多,排除高压接头正负极反接的因素。

而IGBT失效的原因有以下三个可能:

  •      过压失效;
  •      过流失效;
  •      过温失效;

现针对这三个方面进行分析:

1)过压失效

IGBT过压失效主要有两个方面:IGBT集电极-发射极过压和IGBT门极-发射极过压;

①IGBT集电极-发射极过压

 

过压失效

图1

如图1所示,集电极-发射极过压在IGBT芯片周围出现大范围烧毁的痕迹,原因如表1所示:

序号

过压失效的原因

建议

1

母线电压过高

增加对母线电压保护

2

关断浪涌电压

优化吸收浪涌电压回路

3

控制信号异常

改善驱动控制保护

4

外部浪涌电压

增加防雷电路

②IGBT门极-发射极过压

IGBT门极-发射极过压

图2

如图2所示,门极链接线或是集成门极电阻周围有烧毁的痕迹,原因如表2所示:

序号

过压失效的原因

建议

1

静电

优化运输、优化静电保护

2

门极驱动异常

检查驱动控制电路

3

门极振荡

增加门极电阻或增大电容

4

外部浪涌

增加GE电压钳位电路

 

  • 过流失效

过流失效主要分为两个方面:IGBT过流,续流二极管过电路;

①IGBT过流

如图3所示,bonding线和发射极交接处有烧毁的痕迹,具体原因如表3所示;

 

bonding线和发射极交接处有烧毁的痕迹

图3

序号

过流失效的原因

建议

1

过流保护无作用

需检查过流保护

2

串联支路短路

优化短路保护电路

3

输出短路或接地

优化短路保护电路

 

②续流二极管正向过电流

 

续流二极管正向过电流

图4

二极管正向浪涌电流过大。二极管阳极的bonding线以及周围均烧毁严重。整流二极管瞬间涌入的电流过大,导致二极管无法承受,整流桥损坏。

建议:

1、增大二极管;

2、增加输入抗浪涌电路;

 

3)IGBT过温失效

 

IGBT过温失效

图5

焊锡熔化溢出

图6

 

图5内的bonding线烧熔,大面积的铝层熔化,同时呈现出典型的熔化冷却的熔珠,图6底部的焊锡熔化溢出,具体原因如表4所示。

序号

过温击穿的原因

建议

1

导通损耗增加

检查门极驱动电路;GE电压不足会导致CE电压饱和压降增加

2

开关损耗增加

检查PCB布线

3

接触面热阻增大

改善导热硅脂涂改工艺

 

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