变频器维修之IGBT模块的原理和测量及判断[1]

变频器维修之IGBT模块的原理和测量、判断
本文只是论述由单只IGBT管子或双管做成的逆变模块，及其有关测量和判断好坏的方法。

IPM模块不在本文讨论内容之内。

场效应管子有开关速度快、电压控制的优点，但也有导通压降大，电压与电流容量小的缺点。

而双极型器件恰恰有与其相反的特点，如电流控制、导通压降小，功率容量大等，二者复合，正所谓优势互补。

IGBT管子，或者IGBT模块的由来，即基于此。

从结构上看，类似于我们都早已熟悉的复合放大管，输出管为一只PNP型三极管，而激励管是一只场效应管，后者的漏极电流形成了前者的基极电流。

放大能力是两管之积。

IGBT管子的等效电路及符号如下图：
常用IGBT单、双管模块（CM200Y-24NF）的引脚功能图如下：
FP24R12KE3集成式模块的引脚功能图：
在拆机前，可对模块的好坏进行大致的测量，来进行初步的判断。

以上图为例：4、5、6端子即为变频器的U、V、W输出端，22、24分别为变频器内部直流主电路的P（+）端和N（-）端。

找到这5个端子后，用数字或指针式万用表都可以测量了。

U、V、W三端子都对P、N端子有正、反向电阻。

在IGBT管子正常的情况下，管子C、E之间电阻是无穷大的。

只能测出管子上并联的6只二极管的正、反向电阻。

如果把4、5、6端子看成三相交流输入端的话，六只二极管相当于一个三相整流桥电路，用测量和判断三相整流桥的方法就可以了。

一、在线测量：
1、测量这个三相整流桥不正常了，则为模块损坏了；
2、测量这个三相整流桥是正常的，还不能确定模块就是好的。

应打开变频器的主电路板，进行进一步的测量和验定。

即测量触发端子及内电路是否正常。

因触发端子上往往并联了10k（大功率机型并联3k）左右的电阻，所以触发端子的正反向在线在阻都应为所并联电阻的阻值。

这6个触发端子的阻值都应是一样的。

如某一路触发端子有了正反向电阻的差异，或是有电阻变小的现象，排除驱动电路的故障后，则是此模块已损坏了。

3、触发端子的电阻测量也正常了，一般情况下认为模块基本上是好的。

但此时宣布模块绝无问题，似乎尚为时过早。

见后叙。

二、脱机测量：
1、此法常用于大功率单、双模块和新购进集成式模块的的测量。

将单、双管模块脱开电路后（或为新购进的模块），可采用测量场效应管子（MOSFET）方法来测试了。

MOSFET的栅阴极间有一个结电容的存在，故由此决定了极高的输入阻抗和电荷保持功能。

可利用此一特点有效地检测IGBT管子的好坏。

方法是：将指针式万用表打到x10k档，黑表接C极，红表笔接E极，此时所测量电阻值近乎无穷大；搭好表笔不动，用手指将C极与G极碰一下并拿开，指示由无穷大阻值降为200k左右；过几十秒钟甚至于更长一点的时间，再测一下C、E间电阻（仍是黑表笔接C极），仍能保护200k左右的电阻不变；搭好表笔不动，用手指短接一下G、E极，C、E极之间的电阻又重新变为接近无穷大。

（当然，E极搭黑笔，C极搭红笔，是一只二极管的正向电阻的阻值了。

如呈开路状态，说明IGBT管子也是坏的了。

以下将此一测量过程略去。

）实际上，用手指碰一下C、G，是给栅、阴结电容充电，拿开手指后，因此电容无放电回路，故电容上的电荷能保持一段时间。

此电容上的充电电压，为正向激励电压，使IGBT管子出现微导通，C、E之间的电阻减小；第二次用手指短接G、E时，提供了电容的放电通路，随着电荷的泄放，IGBT的激励电压消失，管子变为截止，C、E之间的电阻又趋于无穷大。

手指相当于一只阻值为k¦¸级的电阻，提供栅阴极结电容充、放电的通路；因IGBT管子的导通需较高的正向激励电压（10V以上），所以用万表的x10k档，此档位内部电池供电为9V或12V，以满足IGBT管子激励电压的幅度。

对触发端子的测量，还可以配合电容表测其容量，以增加判断的准确度。

往往功率容量大的模块，两端子间的电容值也稍大。

2、下面为双管模块CM100DU-24H和SKM75GB128DE，及集成式模块FP24R12KE3，用MF47C指针式万用表，10k档测量得出的数据：
CM200Y-24NF模块：主端子C1，C2E1E2触发端子C1E1C2E2；触发后为C、E电阻为250k；
用电容表200nF档测量为36.7nF，反测（黑笔搭G端子，红笔搭E端子）为50nF。

SKM75GB128DE主端子同上，触发后C、E电阻为250k；
触发端子电容:正测4.1nF,反测12.3nF。

FP24R12KE3集成模块,也可采用此法,触发后为C、E电阻为200k左右；
触发端子电容正测6.9nF,反测10.1nF。

三、在线测量或脱机测量之后的上电测量，才能最后确定模块的好坏：
修复一台37kW东元变频器，检查为逆变模块损坏，型号为CM100DU-24H。

购得一块相同型的模块，走了一遍脱机测量的所有程序，确认模块无问题后，装机试验。

三相输出电压很不平衡，彻底检查驱动电路确认无故障后，将三相U、V、W输出对三相供电的零线测量（用指针式万用表直流500V档），U相,W相直流成分为零.而V相约有300V的直流负压。

由此判断：V相下管导通良好，而上管导通不良，致使V相对零线有负电压输出。

而V相上管，恰巧就是新换上的模块。

另购一只CM100DU-24H更换后，三相输出正常。

管子的故障，是内
部ＭＯＳＥＦＴ管子正常，因而在线或脱机测量均正常。

而内部输出管Ｃ、Ｅ极间导通内阻变大。

说明了一件事，即使是细致测量后，认为是好的逆变模块，也不能百分之百断定就是没有问题的。

万用表的测量判断能力毕竟是有限的。

对接入电路上电后反映出的问题，不要存有先入之见，认为模块不可能是坏的，从而造成对故障的误断，使检修走入弯路！
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