【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:
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
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
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;
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
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
图5
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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2020/01/12