IGBT模块失效有哪些原因？保护方法有哪些？

  IGBT模块失效其主要原因是集电极和发射极的过压或过流，以及栅极的过压或过流。外界干扰或自身系统损坏都能引发上述原因，如：电力系统分布的杂散电感、电机感应电动势、负载突变等一些系统内部所引发的过电流、过电压；又或者是电网波动、电力线感应、浪涌等来自外界的干扰。这些都能对IGBT模块造成损坏，从而使IGBT模块失效。本文将详解IGBT模块的失效原因，并给出有效保护方法。

  首先，我们需要了解引起IGBT模块失效的原因，大致有以下几点：

1、器件过热损坏集电极。电流过大引起的瞬时过热是其主要原因，散热不良又会导致其热量无法迅速发散，最终持续过热会损坏IGBT模块。如果器件持续短路，大电流产生的功耗将引起升温，由于芯片的热容量小，当温度迅速上升超过硅本征温度时，器件就会失去阻断能力，栅极控制将无法保护，从而使IGBT模块失效。因此，在实际应用中，一般最高允许的工作温度为125℃左右。

2、超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏。擎住效应分为静态擎住效应和动态擎住效应两种。IGBT由PNPN四层构成，因内部存在一个寄生晶闸管，当集电极电流增大到一定程度时，则能使寄生晶闸管导通，门极失去控制作用，形成自锁现象，这就是静态擎住效应。IGBT模块发生擎住效应后，集电极电流增大，产生过高功耗，导致器件失效。动态擎住效应主要是在器件高速关断时，电流下降太快，dvCE/dt很大，引起较大位移电流，也能造成寄生晶闸管自锁。

3、瞬间过电流。IGBT模块在运行过程中所承受的大幅值过电流，除短路、直通等故障外，还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。这些瞬间过电流虽然持续时间较短，但如果不采取防护措施，也会增加IGBT模块的负担，可能导致IGBT模块失效。

4、过电压会造成集电极、发射极击穿或栅极、发射极击穿。

IGBT模块保护方法

发生过流情况时，IGBT模块需维持在短路安全工作区内。IGBT模块能承受的短路时间与电源电压、栅极驱动电压以及结温都有关系。为防止由于短路故障而造成IGBT损坏，必须要有完善的检测与保护环节。一般的检测方法为电流传感器和IGBT欠饱和式保护。

1、立即关断驱动信号

在逆变电源的负载过大或输出短路的情况下，通过逆变桥输入直流母线上的电流传感器进行检测。当检测电流值超过设定的阈值时，保护动作封锁所有桥臂的驱动信号。这种保护方法最直接，但吸收电路和箝位电路必须经特别设计，使其适用于短路情况。这种方法的缺点是会造成IGBT关断时承受应力过大，特别是在关断感性超大电流时， 必须注意擎住效应。

2、先减小栅压后关断驱动信号

IGBT的短路电流和栅压有密切关系，栅压越高，短路时电流就越大。在短路或瞬态过流情况下若能在瞬间将vGS分步减少或斜坡减少，这样短路电流便会减小下来，长允许过流时间。当IGBT关断时，di/dt也减小。限制过电流幅值。