三相逆变电路中IGBT栅极过压导致IGBT损坏问题-光伏/逆变/UPS/变频器-世纪电源网社区

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2014-12-30 17:08:57

10问答币

各位前辈好，我在进行逆变实验时发生如下故障，请大家帮我看看是什么原因造成的。

主电路拓扑：三相四桥臂逆变器+LC滤波器。IGBT型号为：英飞凌耐压1200V电流75A的IGBT。驱动芯片为：concept 2sc0108_17,耐压为1700V。直流母线电压由可调变压器输出经整流桥整流再经电容滤波得到。
当直流母线为300V时，我开逆变（即给PWM信号），逆变器工作正常，输出三相交流电。然后把直流母线电压升高为400V，逆变器工作正常。保持直流母线电压不变，关逆变（IGBT基极电压为-9V），再开逆变。发生故障。检查发现C相的concept驱动损坏。C相桥臂的IGBT上下管的G极E极间各自并的一个稳压二极管（SMBJ13）击穿短路，C相桥臂IGBT上下管的栅极都烧坏，既给GE加15V电源，CE也不能导通了。该桥臂IGBT内部反并联的二极管正常。
我猜测应该是IGBT栅极出现了高压，但是不知道是什么原因造成了栅极的高压。请前辈们帮我分析一下。
说明：上图中第一图为主电路图，其中R代表负载。下图为IGBT驱动。2端接上管栅极，1端接上管发射极。5端接下管栅极，4端接下管发射极。

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从你的驱动波形看，没有米勒区；说明管子的开关电压应力比较小。从波形陡度看，动态内阻比较大。因此，如果如此加高压；出现米勒效应就会半桥局部直通。从稍带电流出现的尖峰电压看；一旦局部直通关断后过压击穿而导致炸管。建议加大死区。另一方面，你现在的策略决定了有开机浪涌。建议用鲁棒控制策略，开机电流软启动。 ...

		2 化二为一化二为一离线 LV8 副总工程师积分：2929 \| 主题：113 \| 帖子：1149 访问空间发消息积分:2929 LV8 副总工程师 2014-12-30 17:29:34
		IGBT的损坏原因很大，譬如过流、过压，以及擎柱效极，以及栅极的电压超过20V或负20V。回复 \| 举报 \|

			3 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2014-12-30 18:00:34
			在发生故障时，只听见一声轻微的响声，且从外观看,IGBT没有任何损伤。应该不是过流吧?若是过压，我想知道发生过压时是怎么损坏我的IGBT驱动的，又是怎么损坏我并在GE端的限压二极管的，这限压二极管能稳住最大电压为21.5V，能吸收最大浪涌电流27A. 回复 \| 举报 \|

				4 飘飘飘飘飘飘离线 LV8 副总工程师积分：3751 \| 主题：5 \| 帖子：227 访问空间发消息积分:3751 LV8 副总工程师 2014-12-30 20:52:55
				最起码也上个简图吧？？这样说得云里雾里的回复 \| 举报 \|

					5 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2014-12-30 23:08:17
					加上图了，麻烦前辈再帮我看看行吗？回复 \| 举报 \|

						14 飘飘飘飘飘飘离线 LV8 副总工程师积分：3751 \| 主题：5 \| 帖子：227 访问空间发消息积分:3751 LV8 副总工程师 2014-12-31 19:39:49
						先测下管CE 波形看看尖峰，还有你的保护电路没做好，6脚和7脚SO1 SO2不正常的时候立刻关掉驱动芯片的电源，要么就关掉驱动芯片2脚 3脚的输入信号，这样驱动芯片就没那么容易坏哦。回复 \| 举报 \|

				6 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2014-12-31 11:26:50
				你确实是C相吗，还是制动相？另外你的供电电源是否稳定，还有你的电流检测是怎么做的。回复 \| 举报 \|

					7 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2014-12-31 11:53:37
					除了两次故障，故障现象都一样，一次是A相，一次是C相。没有电流检测。回复 \| 举报 \|

						8 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2014-12-31 11:59:03
						没有用过你这个驱动，你看看15V电源，你看是否有出现了直通的现象！回复 \| 举报 \|

							9 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2014-12-31 12:07:07
							15V电压直通会造成我这个现象吗？我的稳压二极管也烧了的回复 \| 举报 \|

								10 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2014-12-31 14:12:44
								驱动信号干扰导致IGBT直通，电流过大，15V电源稳定性怎么样，有过压现象不？回复 \| 举报 \|

								11 batman2001929 batman2001929 离线 LV2 本网技师积分：196 \| 主题：0 \| 帖子：24 访问空间发消息积分:196 LV2 本网技师 2014-12-31 15:22:36
								死区时间1us不到，门极电阻20欧姆是不是有点大了？大电流的时候很容易发生IGBT直通哦，你的短路保护功能都没用上。IGBT的吸收电路呢？回复 \| 举报 \|

									12 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2014-12-31 16:27:03
									20R算大吗?测下驱动信号是不是有干扰之类的进去了回复 \| 举报 \|

										13 batman2001929 batman2001929 离线 LV2 本网技师积分：196 \| 主题：0 \| 帖子：24 访问空间发消息积分:196 LV2 本网技师 2014-12-31 16:53:38
										20R的门极电阻你还嫌不够大的？开关损耗太大了，死区时间也太短了，看看IGBT的CE电压在开关时有没有震荡。回复 \| 举报 \|

											18 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2015-1-3 13:39:39
											1600A的IGBT使用的驱动电阻我用的22R, 回复 \| 举报 \|

											19 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2015-1-3 13:45:56
											说错了，160a 回复 \| 举报 \|

				20 电不死的小强电不死的小强离线 LV8 副总工程师积分：3100 \| 主题：70 \| 帖子：675 访问空间发消息积分:3100 LV8 副总工程师 2015-1-3 19:34:46
				这种电源损坏往往是发生在关机的时候和开机的时候。回复 \| 举报 \|

					21 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2015-1-4 12:27:25
					为啥这么说？回复 \| 举报 \|

		15 nc965 nc965 在线 LV7 版主积分：84829 \| 主题：113 \| 帖子：25273 访问空间发消息积分:84829 版主 2015-1-3 09:08:18
		抓点波形不就知道了？回复 \| 举报 \|

		16 wutongxiangyu wutongxiangyu 离线 LV6 高级工程师积分：447 \| 主题：2 \| 帖子：27 访问空间发消息积分:447 LV6 高级工程师 2015-1-3 10:51:53
		把0108T上的有源钳位断开试试。回复 \| 举报 \|

			17 wutongxiangyu wutongxiangyu 离线 LV6 高级工程师积分：447 \| 主题：2 \| 帖子：27 访问空间发消息积分:447 LV6 高级工程师 2015-1-3 11:06:07
			没看懂你的驱动电路图。。。你确定不用IGBT短路保护？To disable the VCEsat measurement of gate driver cores, a resistor with a minimum value of 1kΩ needs to be placed between VCEx and COMx. 回复 \| 举报 \|

				22 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2015-1-5 22:52:45
				这个电阻我有啊。我用的43千欧的电阻。回复 \| 举报 \|

		23 xkw1cn xkw1cn 在线 LV7 版主积分：128417 \| 主题：37513 \| 帖子：55055 访问空间发消息积分:128417 版主 2015-1-5 22:59:42
		你的电路画全了吗？如果就你这个电路讲，在较高电源电压下，不炸都对不起模块。回复 \| 举报 \|

			24 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2015-1-5 23:30:30
			我的IGBT上还有RC吸收电路。现在的故障现象是当直流母线电压维持在400V，然后启动逆变（即给驱动PWM信号，在启动逆变前，IGBT驱动信号为低电平。用示波器抓过C桥臂IGBT上下桥臂驱动信号波形，在开逆变瞬间，没有驱动同为高电平的情况，且死区也满足要求），听见一声轻微的响声。检查发现C相IGBT模块外观无异常，但模块损害，上下桥臂IGBT的C、G、E三级都是开路，GE极间并的稳压二极管都击穿了。IGBT驱动也烧坏了。上下桥臂的IGBT和稳压二极管和驱动损坏现象都一样。回复 \| 举报 \|

				25 xkw1cn xkw1cn 在线 LV7 版主积分：128417 \| 主题：37513 \| 帖子：55055 访问空间发消息积分:128417 版主 2015-1-6 08:12:15
				RC吸收只不过是阿托品，改变不了错误的本质。回复 \| 举报 \|

					26 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2015-1-6 08:44:34
					您好，您能给我指出错误出在哪吗？谢谢您了回复 \| 举报 \|

						27 xkw1cn xkw1cn 在线 LV7 版主积分：128417 \| 主题：37513 \| 帖子：55055 访问空间发消息积分:128417 版主 2015-1-6 09:01:59
						没有为交流电流提供回路。回复 \| 举报 \|

							28 电路屌丝电路屌丝离线 LV6 高级工程师积分：1226 \| 主题：11 \| 帖子：363 访问空间发消息积分:1226 LV6 高级工程师 2015-1-6 09:58:53
							不是很明白你的意思，是不是你说的制动时候的能量回馈？回复 \| 举报 \|

								29 xkw1cn xkw1cn 在线 LV7 版主积分：128417 \| 主题：37513 \| 帖子：55055 访问空间发消息积分:128417 版主 2015-1-6 10:24:46
								与制动无关。是交流回路不通。回复 \| 举报 \|

									30 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2015-1-6 12:45:40
									能说的详细点吗？同样的的主电路，为啥我在开着逆变的时候升高直流母线电压，设备能正常工作，LC滤波器输出正常交流电，然后我保持母线电压不变，关逆变，再重新开逆变，在开逆变时才出的故障？回复 \| 举报 \|

										31 飘飘飘飘飘飘离线 LV8 副总工程师积分：3751 \| 主题：5 \| 帖子：227 访问空间发消息积分:3751 LV8 副总工程师 2015-1-6 21:30:29
										我推断应该是下管CE尖峰过高损坏，逆变器在开通过程还未达到稳态时产生尖峰。回复 \| 举报 \|

											32 laohu80984 laohu80984 离线 LV2 本网技师积分：186 \| 主题：1 \| 帖子：31 访问空间发消息积分:186 LV2 本网技师 2015-1-6 21:45:17
											CE尖峰过高会造成栅极电压也过高吗？我的上下管栅极并的稳压管都击穿短路了。我驱动信号逻辑为，当开逆变的第一个开关周期，所有桥臂都是下管导通一个开关周期，等到第二个开关周期时，才是正常的PWM开关信号。回复 \| 举报 \|

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2015-1-6 21:55:35

首先，出现尖峰就是设计错误的表现特征之一。即便是600A的逆变桥也不该有明显超过90V的尖峰。
其次，CE尖峰也是可以损坏栅极的。尤其驱动与IGBT失陪时，几乎100%损坏。

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2015-1-6 22:09:46

谢谢，我再去抓下波形。之前抓过，没发现CE有尖峰。因为我吸收RC回路,R为25欧，C为2nF,我开关频率为12K。我之前抓的波形显示，在IGBT关断时,CE端电压不但没有尖峰，反而有点塌陷。好像吸收过头了一样。而且出故障时直流母线电压400V，我IGBT耐压是1200V的，所以我一直没怀疑CE过压。
我原来手机上有波形，元旦时手机丢了。不能传上来让前辈帮我分析分析了。

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2015-1-6 22:12:12

别忘了，是失效时的前后几个波呕。

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2015-1-6 22:21:44

失效时的波形啊？那可没有。我现在是想在低压没失效时观察波形有无异常，从而推断失效原因。失效一次得坏一个IGBT模块，一个IGBT驱动。成本太大，会被我老师骂的。

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2015-1-6 22:32:48

对了，我今天做实验，在直流母线100V时

，抓到驱动信号波形有振荡。我怀疑是这个振荡造成的我的IGBT失效。您看看可能是这个原因吗。

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2015-1-6 22:38:22

这是空载波形吗？

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2015-1-6 23:17:04

这是IGBT驱动电压波形。此时我直流母线电压100V，逆变后的LC滤波器去掉没接。

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2015-1-6 23:24:44

空载没意义，实际带载就不是这个波。你也不是这样坏的。

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2015-1-6 23:26:47

真是CE过压？

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2015-1-6 23:30:19

我昨天给英飞凌的IGBT工程师打电话，他们说过压损坏的IGBT一般是短路。过流损坏的IGBT一般是断路。而我的IGBT损坏后的现象是三个极都断路。

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2015-1-7 09:26:01

瞎胡弄！根本就不是这回事。那般都不是这情况。

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2015-1-7 12:04:36

那您认为我这故障原因可能是啥？

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2015-1-7 13:08:39

看波形谈故障。

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2015-1-7 14:01:58

好。我去抓点波形，晚上回来再向你请教

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2015-1-7 19:01:35

要带载才能看到开机尖峰呀，怕坏管先把负载搞小点，再慢慢加大负载看看尖峰会不会变大。

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2015-1-8 21:17:40

您好，我昨天有点别的事。没去做实验。今天做试验了，抓了些波形，您帮我分析一下。下面是我抓的启动逆变时C相IGBT上下桥臂CE电压和上桥臂C极电流波形，其中直流母线电压为100V。

说明：上图中,粉红线为上桥臂CE电压，绿线为下桥臂CE电压，蓝线为电流。该电流除了IGBT的集电极电流为，还有RC缓冲回路的电流，1伏电流信号对应实际1安电流。
我从上面两图发现在一个开关周期内电流有振荡，怀疑是缓冲回路引起的。于是去掉C相桥臂的RC缓冲回路。再抓得下面三个波形。

由上面三个波形可以发现，启动是的浪涌电流小了一些，然后开关周期内的电流波动基本消失，但是此时CE电压出现尖峰。
从上面波形上看，我认为造成我这次故障的原因是启动浪涌电流太大。波形上浪涌电流最大值达到15A，此时母线电压100V。若我母线电压为600V，那对应的浪涌电流达到了90A。而我IGBT能承受的最大直流电流75A，最大浪涌电流150A。
请您看看我得波形，帮我分析一下。谢谢了。

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2015-1-8 21:26:10

下面两图是启动逆变是C桥臂上下管驱动信号。我是直接在IGBT驱动管脚处量的。此时直流母线电压也为100V.

说明：粉红线为上桥臂，绿线为下桥臂的驱动信号。启动后第一个开关周期，我电压采样的信号不能用，所以在前两个开关周期保持下桥臂开通，上桥臂关断，此时我其他三个桥臂也都是这样。在第三个开关周期，才输出正常的PWM驱动信号。
我觉得我的驱动信号还是不错的。应该不是驱动信号造成的这次故障。您觉得呢？

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2015-1-8 22:38:25

从你的驱动波形看，没有米勒区；说明管子的开关电压应力比较小。从波形陡度看，动态内阻比较大。因此，如果如此加高压；出现米勒效应就会半桥局部直通。
从稍带电流出现的尖峰电压看；一旦局部直通关断后过压击穿而导致炸管。建议加大死区。
另一方面，你现在的策略决定了有开机浪涌。建议用鲁棒控制策略，开机电流软启动。

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2015-1-8 23:28:51

谢谢您。还有一个疑问想咨询您。
加大死区能够解决弥勒效应造成的直通吗？还是我需要在GE间并一个小电容？
还有，当我IGBT有RC缓冲电路时没有电压尖峰，但是浪涌电流更大，且还有振荡，请问您有碰到这种情况吗？这应该是我RC电路设计部合适造成的。

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2015-1-9 17:53:48

现在的驱动；在有米勒时，上下脉冲因米勒而展宽；有部分重合了，所以；需要加大死区。但是；米勒效应不仅能展宽脉冲；有时还会无中生有，这时就需要调整驱动能力了。
RC吸收不是万能的；它实际是将部分寄生能量转移到RC上以消耗掉。只有当阻抗匹配的比较好时；才能阻尼，否则会弄巧成拙。建议再尝试一下其它RC值以获得一定规律，而后将其最优化。

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2015-1-9 21:25:48

谢谢

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2015-1-9 23:50:19

恩。谢谢

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2015-1-13 22:49:08

您好。我按照您的建议，把死区由1us改为了2us。然后加了一个软启动，并在ge间并了一个0.01uF的电容。然后继续做实验。实验中观察了启动电流和驱动波形，发现都正常。后来我直接把直流母线电压加到了600V，开逆变，正常，启动电流很小，驱动电压在进入弥勒平台时有一个小的波动，但也可以接受。波形如下。

这时我看波形都正常，我以为问题解决了，然后我就在记录输出波形数据，大概两三分钟后，听见一声轻微的响声，C相驱动波形信号一下没了。我检查发现，又是上次一样的故障。C相IGBT桥臂上下管都损坏，外观没异常，但不能开通了，IGBT栅极处并的稳压二极管正反向都击穿短路。C相IGBT驱动也损坏。这时我发现C相IGBT模块温度挺高，大概有60多度。
我把损坏件换了，继续做实验，想知道IGBT为啥温度那么高，故障之前，我观察到，滤波电感上的电流峰值也就10A，不至于损坏IGBT。
首先我把C相的RC吸收电路去掉。直流母线电压加到300V，启动逆变，观察驱动波形和CE电压波形都正常，然后观察温升。10分钟后，C相IGBT模块温升在1度以内，而没有去掉RC吸收电路的那三个桥臂，B相温度最高，达到了49度（A相26度），A相44度，D相37度。
通过这个实验，可以肯定的是RC吸收回路设计的不对，但是我不能定位这次故障的原因。难道是RC回路与IGBT寄生电感发生谐振，导致IGBT过流？我RC的参数是C为3nf，R为25欧。
不知道我分析得对不对，请您再帮我看看。谢谢您！

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2015-1-13 22:56:24

IGBT是否装散热器了？

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2015-1-13 23:33:10

有散热器，还不小

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2015-1-14 08:24:24

有16k书大吗？

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2015-1-14 08:32:59

我的散热片比16K书稍微长点，高度方向要稍微矮点。我有两个散热片，一个上装的两个IGBT模块，一个上装的是两个IGBT模块和一个整流桥模块。您的意思是说我的故障就是过热造成的？

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2015-1-14 08:35:32

没有，只是想确认是否正确使用模块而已，没有别的意思。另外，模块与散热器间需要涂敷导热硅脂，否则热组会很高。

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2015-1-14 08:39:22
倒数10

导热硅脂是有的，现在不是去掉RC回路后，温升就没了吗？我决定在没有RC回路下，把直流母线电压加到600V，再工作看看，观察下驱动波形和IGBT温升。这时看不了CE波形了，没有那么大的示波器。

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2015-1-14 08:46:17
倒数9

买个高压探头，100M的大概2/3百米。

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2015-1-14 08:48:51
倒数8

恩。好的。

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2015-1-14 23:55:52
倒数7

今天买了一个高压探头用于观测CE波形。然后我把IGBT缓冲电路去掉了。做实验。
当直流母线电压500V时，观察CE尖峰有35V，驱动波形有弥勒平台处有接近两伏的振荡。工作10分钟，IGBT温度为30度.
然后升高直流母线电压，当升到520V时，C相IGBT有火花冒出，然后主电源开关跳闸。检查发现C相和B相IGBT损坏，他们的驱动芯片损坏，栅极所并稳压管击穿。而他们的温度并不高，30度左右。
这次可以很准确地知道是IGBT上下管直通造成的这次故障。但是故障时IGBT的CE电压波形没看出异常。不知道为什么出现了直通。还有一个现象，每次故障都是C相（这次还有B相），怀疑是不是母线电压有问题。因为我直流母线电压先接到C相，然后再接到D相，到A相，再到B相的。
现在我对于什么原因造成的IGBT桥臂直通还没有一点头绪。我想能不能得到您的联系方式，电话QQ都行，我向您咨询一下。通过发帖，问题还是描述得不太清楚。

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2015-1-15 08:17:55
倒数6

不知你用的啥驱动，一般；合格的驱动不会这样。建议试试EXB840/841，以前用过；40kHz以下很皮实可靠，现在也已经很便宜了。
还有，在每个模块电源输入的两个端子上，需要直接拧上无感电容，CBB18/21/22都可以，依你目前电路，推荐1000V104。买的时候必须要当心，一定要粗管脚的，镀银最好。

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2015-1-15 08:59:46
倒数5

这个电容是有的,用的是无感电容，我是两个105串起来用的。这次我怀疑是母线电压的波动造成的DVDT太大，导致关断IGBT误导通的。我这电路还有一个现象，就是封锁IGBT驱动信号时，观察CE电压也是一个变化的电压，好像IGBT有被控制一样，只是变化频率很低。见下图。其中红线和蓝线分别为同一桥臂上下管的CE端信号。

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2015-1-15 10:22:49
倒数4

空载不行；输出接灯泡再测一下。别忘了；灯泡需要两串或三串。

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2015-1-15 19:47:24
倒数3

可是我一直是空载在做实验啊，IGBT也是在空载时爆的，我就一直没加过负载。

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2015-1-18 20:50:04
倒数2

你的管子CE并的了多大的电容？？

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2015-1-7 09:37:09

带一点点负载看看波形。

		71 home10087 home10087 离线 LV1 本网技工积分：5 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:5 LV1 本网技工最新回复 2018-1-7 16:30:06 倒数1
		你好，我现在用的驱动器IGBT也出现了，你的这种情况，你最后怎么解决的回复 \| 举报 \|