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逆变器中的IGBT失效原因

引起IGBT失效的原因

   1、过热容易损坏集电极,电流过大引起的瞬时过热及其主要原因,是因散热不良导致的持续过热均会使IGBT损坏。如果器件持续短路 ，大电流产生的功耗将引起温升，由于芯片的热容量小，其温度迅速上升，若芯片温度超过硅本征温度，器件将失去阻断能力，栅极控制就无法保护，从而导致IGBT失效。实际应用时，一般最高允许的工作 温度为125℃左右。
   2、超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏。擎住效应分静态擎住效应和动态擎住效应。IGBT为PNPN4层结构， 因体内存在一个寄生晶闸管，当集电极电流增大到一定程度时，则能使寄生晶闸管导通，门极失去控制作用，形 成自锁现象，这就是所谓的静态擎住效应。IGBT发生擎住效应后，集电极电流增大，产生过高功耗，导致器件失 效。动态擎住效应主要是在器件高速关断时电流下降太快，dvCE/dt很大，引起较大位移电流，也能造成寄生晶闸 管自锁。
   3、瞬态过电流IGBT在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外，还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。这种瞬态过电流虽然持续时间较短，但如果不采取措施，将增加IGBT的负担，也可能会导致IGBT失效 。
   4、过电压造成集电极发射极击穿或造成栅极发射极击穿。

IGBT保护方法 

    当过流情况出现时，IGBT必须维持在短路安全工作区内。IGBT承受短路的时间与电源电压、栅极驱动电压以及结 温有密切关系。为了防止由于短路故障造成IGBT损坏，必须有完善的检测与保护环节。一般的检测方法分为电流传 感器和IGBT欠饱和式保护。
   1、立即关断驱动信号   在逆变电源的负载过大或输出短路的情况下，通过逆变桥输入直流母线上的电流传感器进行检测。当检测电流值超过设定的阈值时，保护动作封锁所有桥臂的驱动信号。这种保护方法最直接，但吸收电路和箝位电路必须经特别设计，使其适用于短路情况。这种方法的缺点是会造成IGBT关断时承受应力过大，特别是在关断感性超大电流时， 必须注意擎住效应。
   2、先减小栅压后关断驱动信号   IGBT的短路电流和栅压有密切关系，栅压越高，短路时电流就越大。在短路或瞬态过流情况下若能在瞬间将vGS分步减少或斜坡减少，这样短路电流便会减小下来，长允许过流时间。当IGBT关断时，di/dt也减小。限制过电流幅值。

      感性负载

   通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器等等。这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在5-7倍）的启动电流。例如，一台在正常运转时耗电150瓦左右的电冰箱，其启动功率可高达1000瓦以上。此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于逆变器所能承受的电压值，很容易引起逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。因此，这类电器对供电波形的要求较高。
主要是把SPWM波进行傅立叶分解，得到基波的幅值。
以下均对于调制比M=1
单极性SPWM调制（全桥）基波有效值为0.707Vd
双极性SPWM调制（全桥）基波有效值也是0.707Vd    
也就是楼上说的不考虑管压降及电路线压降输出要得220*1.414
二电平SVPWM线电压基波有效值是0.707Vd
三电平SVPWM相电压基波有效值为Vd(0.707*1.732/2)  
线电压再乘以1.732 三相SPWM控制，相电压基波幅值为0.5Vd  线电压有效值为0.612Vd