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【龙腾原创】IGBT/MOSFET各种失效原因

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lilstu
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  • 2014-6-17 20:14:17
你造吗,以下原因都会造成你的电源开关器件失效哦
因为控制错误或者或负载过大,导致超出其工作点范围的集电极或漏极电流。它可以通过以下机制损坏半导体功率:
1)过高的功耗导致热损坏
2)动态雪崩击穿损坏
3)静态或动态闭锁效应(Latch-up)
4)由于故障电流导致的过电压
-------------分割线-------------
先去做饭,等下再写
wszdxp2004
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  • 2014-6-17 20:59:55
 
居家好男人哦,
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  • 2014-6-17 22:00:41
 
过奖过奖,只会简单弄点吃的
lilstu
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  • 2014-6-17 21:56:18
 
过电流
特点:
通常比较低的集电极电流变化率(取决于负载电感,驱动电压)
故障电流流过直流母线
晶体管一直在饱和区
原因:
负载阻抗的减少
换流器中的控制和调节错误
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  • 2014-6-17 22:00:16
 
短路电流
特点:
非常高的集电极电流上升率
故障电流流过直流母线
晶体管不离开饱和区
原因:
桥臂支路短路(由于开关故障引起、由于开关错误的驱动脉冲引起)
负载短路由于绝缘失效、“人为” 失误(不正确的连接布线等))
lilstu
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  • 2014-6-17 22:02:37
 
接地故障电流
特点:
集电极电流上升速率取决于接地电感和工作电压
接地回路并不经过直流母线
故障电流的大小决定了晶体管的去饱和程度
原因:
带电导体同地线之间有连接(通过绝缘失效或“人为”失误)
lilstu
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  • 2014-6-17 22:18:00
 
很晚了,到这,明天待续
世纪电源网-冬仔
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  • 2014-6-18 08:47:54
 
期待lz更新
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  • 2014-6-18 09:32:43
 
实际调试电源中,1、2、4三点导致故障的几率比较大。楼主,你怎么看?
lilstu
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  • 2014-6-18 20:49:21
 
是的,第三点现代工艺通过摻杂来规避这个问题,正常是不会发生的。
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2014-6-18 11:36:43
 
在设计及调试过程中,有时候炸鸡是很突然的,能否根据MOS管或IGBT损坏的故障现象判断是什么原因造成的损坏?是过热还是过压这些?
lilstu
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  • 2014-6-18 20:51:00
 
这个只能排除法了,根据现象找出可能性,所以我发帖尽量把我所知的可能性贴出来
p201kk
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  • 2014-6-19 10:35:22
 
一般最容易坏的就是过热, 之前做的电源都没有带过热保护, 就这么随便搞一下, 后来放环境测试里实验, 结果温度升的很厉害 , 几乎不能用手拿了, 指示灯一灭, 坏的地方就多了
bei_jxing
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  • 2014-6-18 12:04:50
 
楼主要多发图,举例说明。
化二为一
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  • 2014-6-18 14:05:31
 
能够说详细点
p201kk
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  • 2014-6-19 10:36:14
 
有时候遇到人为短路, 接触不良, 短时间是查不出来的
lilstu
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  • 2014-6-18 21:52:56
 

lilstu
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  • 2014-6-18 21:59:37
 
。。。照片不行,还是手打吧。。。
先是图,补上前面额几种常见故障
lilstu
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  • 2014-6-18 22:03:45
 
过电压
对于换流回路,原则上可以把过电压分为电源外部和内部过电压。“外部过电压”是指在电网环境极其恶劣的环境中。类似的情况还有直流母线电压瞬间超高(例如,通过反馈型负载的变化或脉冲整流器的控制错误而引起)。
“内部过电压”是因为功率开关关断时换流回路的电感L造成的,或因为开关过程中引起的震荡而产生的。
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  • 2014-6-18 22:13:01
 
上面主要是CE端过压,下面来看看哪些会造成GE端过压
对IGBT和MOSFET模块,下列原因可以造成在模块的控制端口产生
过电压:
1.驱动级供电电压故障(犯这个错应该不多吧),
2.米勒电容导致dv/dt反馈(主要是在开通后发生短路时会造成瞬间大电流给Cge充电造成Vge过压,管子关断后瞬间大电流消失造成Vce过压)
3.在有源钳位期间栅极电压的上升
4.在栅极回路形成的寄生振荡
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  • 2014-6-18 22:14:57
 
少个了发射极/源极di/dt反馈,其实主要是管子内外的寄生电感影响,我实在找不到原因的时候就往这上面扯(老板也没辙)
lilstu
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  • 2014-6-18 22:17:01
 
过热
当温度超过制造商给出的最高允许结层温度时(如对硅材料器件,Tjmax=150°C到175°C),就会出现过热危险。
对换流器会产生过热的原因为:
1.由故障电流引起的耗能增加
2.由驱动故障引起的耗能增加
3.冷却系统的故障
当然,不排除个人选型错误
lilstu
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  • 2014-6-18 22:24:33
 
明天继续,加点我遇到过的案例分析
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  • 2014-6-19 09:13:23
 
学习了
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  • 2014-6-20 21:43:05
  • 倒数10
 
下面说说楼主以前炸管子的经验。刚接触电源的时候,搭电路很死板,完全按照教科书上的照搬,搭了个全桥,用调压器慢慢加电,没有问题,后来直接220供电的时候四个管子全炸。后来才知道在驱动上要并泄放电阻,mos管Cgs被充电是很容易上下管误导通炸管。也就是在那之后开始关注管子的寄生参数,开始了解管子驱动需要功率,管子需要吸收回路消除关断尖峰。再后面炸管就是因为驱动功率不够导致的,IGBT/MOSFET在开关应用中需要对寄生电容充电,驱动能力不足不仅降低开启速度,还有可能在开启时震荡,之前用过7815给一个全桥电源驱动供电,不加母线时,驱动信号perfect,加母线上电即炸,扑捉驱动信号,驱动信号变成这个鬼样子
后来换成开关电源供电问题解决。
lilstu
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  • 2014-6-20 21:55:41
  • 倒数9
 
再后面一次炸鸡让我不得不开始去了解功率半导体。坛子里有位朋友之前和我同一家公司,他离职前完成了一台电源,说来也怪,他在职期间那台机器怎么折腾都不炸管子,输出短路、高压打火。。。顶多把驱动用的推挽MOS管烧毁,但在他离职后那台机器突然炸管,而且一发不可收拾。问过这位同事,原本设计使用的是MOS管,但是MOS管上电即炸,找不到原因的情况下,换成IGBT,电源正常工作,八小时烤机,在家里各种实验折腾几个月,发货。到现场,上电输出,10分钟左右炸鸡。寄回公司某一桥臂直通炸管了。由于客户急用只好拿出备份板换上,结果上电3分钟,炸。此时老板急了,要求使用mos管实验,搞清原因。换回mos管,重蹈覆辙。
lilstu
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高级工程师
  • 2014-6-20 21:59:58
  • 倒数8
 
补上驱动电路,一开始没有那个电容,电容是后加的
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  • 2014-6-20 22:08:27
  • 倒数6
 
未完,待续
PS:楼主白天上班公司没网,所以只能晚上回来写啦
lilstu
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  • 2014-6-21 11:35:37
  • 倒数5
 
后面这个电容是我后来加的,加上之后MOS管可以工作了,但是当我烤机四小时准备写维修报告时,炸鸡了。简单分析下,之前炸管应该是下管关断后,Cgs被充电导致的误导通,并电容相当于增大了Cgs所以没有立马炸机,烤机导致的炸鸡是因为这个电容导致开启损耗增大,过热报销了。后面就开始研究驱动电路了。
lilstu
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高级工程师
  • 2014-6-21 11:42:14
  • 倒数4
 
关于驱动电路,坛子里有好几份帖子专门讲这个的,先奉上一份资料 高速MOS驱动电路设计和应用指南.pdf
shui_liu_qing
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本网技师
  • 2014-8-9 10:43:27
  • 倒数2
 
请教楼主
平时设计完毕之后,进行哪些方面的测试来验证是否有问题
比如:人为的模拟一些短路,包括上电前短路,运行的过程中短路,以验证是否能够进行有效可靠的保护的。
在设备处于严酷的条件下监控温度
驱动信号的上升沿和下降沿怎样看才是好的?
health008
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最新回复
  • 2016-11-23 16:46:55
  • 倒数1
 
会忽悠
我是谁
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副总工程师
  • 2014-6-19 09:58:17
 
我的常温运行没问题,但是做高温试验时就不行了,检测mos三个引脚段在一起了,能是什么原因呢?
p201kk
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  • 2014-6-19 10:36:58
 
MOS发热, 引起很多问题啊
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  • 2014-6-19 10:37:45
 
发热分析
1.电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。
2.频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了。
3.电流太高,没有做好足够的散热设计,MOS管标称的电流值,一般需要较良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片。
4.MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。
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  • 2014-6-19 10:41:31
 
我之前做电源的时候, 遇到MOS发热, 我就更换周边元件. 调节电阻参数, 变压器如果可以改, 我也会去饶个新的, 有时还会增加散热片, 总之想办法把温度降低下来, 但每次测量都很累的
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  • 2014-6-19 10:44:23
 
就象这样的结构也是很容易发热


lilstu
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  • 2014-6-20 21:25:34
 
1.我没看懂啥意思,G极电压比电源高几伏?通常Vgs高于10V管子就进入饱和状态了,我关注的不是这个,而是Vgs上升沿和下降沿,楼主曾经碰到过一台电源,平时怎么弄都没事,只有在连续八小时后炸管,查了各种原因都没找到结果,最后把Vgs波形展开发现下降沿时有震荡,管子在200nS内从线性状态切换到饱和状态最后才关断,导致关断损耗增加,温度过高炸管。
4.你的意思应该是没考虑导通损耗吧
lilstu
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  • 2014-6-20 21:14:38
 
三个脚短路了?应该是高温加温升导致温度过高管子烧了,这个还是得从发热和散热两方面考虑加以改善
suijianpeng
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  • 2014-6-20 22:01:13
  • 倒数7
 
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-6-23 20:38:50
  • 倒数3
 
1-监测高温时的MOSFET外壳温度,是否超过温度的上线,外壳120度就比较危险了;
2-监测常温时管子的裕量,温度高以后MOSFET的裕量会变小;
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