IGBT失效 都是變壓器結電容惹的禍

隨著人們對電源及電子設備的功能要求越來越高，為各種設備供應電源時要進行的改動就越來越多。IGBT就是其中一種，然而在實際的設計過程中，很多朋友常常會遇到IGBT莫名其妙失效的情況，為設計造成了不便。本文就將針對其中的一種情況，也就是變壓器結電容相關于電壓變化率過大，而導致的耦合電流干擾，最終使IGBT失效的情況進行分解，并幫助大家理清其中的原理。

IGBT的集電極電壓變化率，取決于與門極間等效電容在驅動電流用途下對應的電壓變化率。當IGBT門極電壓變化到門極電流與工作電流相當的時刻，門極電壓將不再變化。驅動器輸出的電流將對門極和集電極之間的等效電容充放電，實現門極電位的變化。因此這個電位變化過程本身是對應于該條件下對電容的恒流充電過程，其開始和結束都是近似于階躍性質的。因此，總體上該干擾電流的函數具有門函數的特點。

關于該干擾電流對電路系統影響的分解。應當采用類似小波變換的各類分解工具，從瞬時頻譜分解的角度去識別那些攜帶能量較多的瞬時頻率分量的特點。而不應當是采用基于傅氏變換的全時域分解。原由是這一類全時域分解的結果實質上是在瞬時頻域分解結果的基礎上，進一步在時間上求均勻的結果。

這將導致信號實時特點的畸變和丟失。不能真切地反映問題。不管采用何種瞬時頻率分解辦法都將與宏觀上的電流函數特點相接近。那就是緊要的瞬時頻率成分存在于門函數周期對應的頻率點以上，且較為接近。同時由于上升下降沿的存在。在相對較高的頻段也含有相當一部分分量。這就使該干擾電流的緊要瞬時頻率分量聚集在低頻和高頻兩大部分。

其中，低頻部分的頻率大致是對應IGBT上升下降時間所決定的電流繼續時間。在數百納秒至數微秒量級，大致對應1至10兆赫茲這一區間。而高頻部分則是來自門函數的上升下降沿速率決定的頻率。但這緊要取決于耦合通路自身的頻率特性。應當是分明高于低頻部分的。進一步考慮到實際中雜散參量對該電流的低通能力。實際中的高頻分量應當處于數百兆赫茲的水平。

而1至10兆赫茲又是一個比較敏感的頻段。它是pcblayout中共點接地和多點接地的混疊區間。這意味著地線系統中感抗成分達到甚至超越阻抗成分成為緊要因素。電流的分布路徑變得更加復雜且相比較較聚集。由于該頻段下線路的感抗特點和阻抗特點都比較分明，但還沒有高至雜散電容發揮用途，因此表現出的線路電抗值是比較大的。在相互連接的兩點之間具備形成較大電壓的條件。這部分的干擾電流雖然占據主體，能量很大。但是頻段相對較低，緊要的影響還是聚集在信號收發端之間形成的地電勢差上。這將導致數字信號電平判定閾值裕度的損失。使發生邏輯錯誤的概率提高。

數百兆赫茲的高頻分量將表現出分明的高頻電流特點。并且應當是高于或接近多數主控芯片的工作頻率。大家知道，高頻數字電路中去耦電容的諧振頻率應當是以電路最高工作頻率作為最佳點。而倘若干擾電流的頻率高于電路最高工作頻率則很可能使去耦電容表現為感性。結果是在電流對電路整體補充電荷以達成電荷平衡(形成等勢體)的過程中，會導致電源電壓的較大波動(尤其是電路接地解決不良的時候)。從該電流的功率級別來講，由于是來自IGBT的開關動作。因此具有電流源性質。其能量足以引發電源完整性問題。比如CMOS器件最危險的閂鎖問題。其危害之大是可想而知的。

通過以上的內容可以看到，變壓器結電容相關于電壓變化率過大，實在會為IGBT帶來較大的影響，尤其是對共地的電路系統的影響尤其大。在選擇IGBT驅動器的時候，要依據系統的實際情況充足考慮該因素。關于控制電路復雜的系統要尤為留意。要說明的是。比較不同驅動器在這一方面的差異時，不能僅留意結電容的數值。要格外關注其變壓器結構上的差異。當然關于成熟的驅動產品。相信不同級別的驅動器必然有不同級別的隔離能力。只要不出現小馬拉大車的情況即可。但是關于自制的驅動產品就很有必要比較與同類成熟產品之間在變壓器結構上的差異。比如繞組的間距，繞組投影面積，繞組結構等因素。以便實現比較可靠的自我評估。切不可僅僅以實測的電容值作為唯一比較參數。

本文對電子電路設計過程中IGBT失效分解情況進行了講解，并通過不同的方面來對其中的原理進行分解，幫助大家理解其中的知識點，希望大家在閱讀過本文之后能夠有所收獲。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除