新能源维修-电机控制器IGBT驱动故障及分析

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IGBT驱动简介:

IGBT的栅极驱动器是一个放大器，它通过提高电压和电流来放大控制信号。栅极驱动器的主要作用是对IGBT的输入和反向传输电容充放电。因此，栅极驱动器（除其他影响因素外）与IGBT的开关性能密切相关，也与通态损耗和开关损耗有关。

       现在市面上绝大多数的IGBT驱动器都是基于电压源。与电流源栅极驱动器相比，它的优势是其功率损耗在栅极电阻上，而不是在驱动中的电流源内。另外电压源驱动器的成本要低很多。

IGBT驱动拓扑结构

IGBT驱动电源

IGBT驱动电源主要有两类：自举电源和DC-DC变换器；

自举电源——也叫升压电路，是利用二极管、电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高。

自举电路的核心原理是：电容两端电压不能突变。

两个关键字：两端电压、不能突变

DC-DC变换器主要有三种拓扑结构：反激、正激、脉冲变压器；

       反激变换器包括变压器，一次侧电子开关以及用于二次侧整流的二二极管和电容器。这种变换器非常适合用于低于数百瓦的小功率场合，且其原理很简单。因为负载没有显著的变化，输出电压不需要闭环控制就可以满足IGBT栅极驱动器的需求，所以可以用线圈匝数和占空比确定输出电压。

       反激式开关电源优点：元器件少，电路简单，成本低，体积小，可同时输出多路互相隔离的电压。

正激 DC/DC 变换器具有电路拓扑结构简单，输入输出电气隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被广泛应用于中小功率电源变换场合。

正激具体所指当开关管接通时，输出变压器充当介质直接耦合磁场能量，电能转化为磁能，磁能又转化为电能，输入输出同时进行。

       正激式开关电源优点：功率比反激式开关电源大，输出变压器利用率高，适用于100W－300W的开关电源。

整流输出推挽式变压器开关电源，由于两个开关管轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。推挽式开关电源的两个开关器件有一个公共接地端，相对于半桥式或全桥式开关电源来说，驱动电路要简单很多。

       脉冲变压器优点：输出电流瞬态响应速度很高，电压输出特性很好，电压利用率最高，驱动电路简单；

驱动IC种类

驱动IC主要有：非隔离驱动、隔离光耦驱动、脉冲变压器三种。

非隔离驱动IC：

除了集成了逻辑功能外，一些电平转换器芯片也具有自举二极管。

这个自举二极管可用于为上部驱动电路提供电源。

IGBT驱动故障种类

IGBT驱动是IGBT模块正常工作的前提和保障，IGBT模块是车辆行驶的动力传送机构，IGBT通信故障会导致车辆系统无法启动等问题，其故障主要有以下三种：

驱动欠压/过压故障(UVLO)；

IGBT短路故障(Desat故障)；

IGBT过流故障；

IGBT驱动欠压故障是指驱动电源异常，驱动IC的UVLO引脚一直输出低电平。其定位故障思路和原因如下：

检查其他几路驱动电源是否输出异常；

若其他也异常，查找定位变压器、PWM芯片、整流二极管是否异常；

若其他正常，定位稳压二极管、整流二极管和驱动IC是否故障；

IGBT驱动Desat故障是指IGBT存在过流情况，驱动IC的fault引脚一直输出低电平。其定位故障思路和原因如下：

干扰问题导致触发Desat故障，检查接线和接地屏蔽；

用示波器测量Desat信号，排除消隐时间、二极管的问题；

用万用表测量IGBT是否损坏；

IGBT过流故障是指IGBT模块所通过的电流超过额定值，存在损坏的风险，驱动IC的fault引脚一直输出低电平。其定位故障思路和原因如下：

干扰问题导致触发过流故障，检查UVW接线和接地屏蔽；

用绝缘电阻表测试电机是否短路；

用万用表测量供电电源是否正常；

用万用表测量IGBT是否损坏；