西门子 6SE70 系列变频器逆变电路主要由 IGBT、IGD、电 容等组成，其中 IGBT 是整个逆变电路的核心，IGD 则提供了对 IGBT 的触发、监控和保护功能，本文对 6SE70 系列变频器逆变 电路核心部分的构成及常见损坏原因进行简单阐述。

1    绝缘栅双极型晶体管（IGBT）

1．1 IGBT 常见的故障及诊断

从 IGBT 的构成原理可以看出栅极和发射极之间有较大的 相邻面积且被一层极薄的二氧化硅绝缘栅隔开，  形成了一个电 容，  所以正常状态下的 IGBT 可 以 在 G－E 之间测量到电容特 性，并且 IGBT 的容量越大电容值就越高。  在制造工艺上为了提 高 IGBT 的效率，二氧化硅绝缘栅做得非常薄，因此其耐压值较 低，  西门子逆变器所使用 的 IGBT 的 G－E 之间的耐压值只有 20V，超过该电压将导致绝缘栅被击穿而损坏 IGBT，此时 CG－ E 的电容特性将消失，  所以通过测量 CG－E 电容特性是否存在 可判断 G 极是否损坏。  同样，测量 CG－C 和 CE－C 也可判断 C 和 E 的情况。

1．2 IGBT 常见的损坏原因

1．2．1 dv ／ dt 造成的栅极击穿

由于 G－C 和 G－E 之间均存在着电容特性，当栅极悬空时，若 在 C－E 之间忽然加上一个高电压，  该电压将给 CCG 和 CGE 充 电，造成栅极电位超过 20V 从而击穿绝缘栅。 因此在使用绝缘表测 试 IGBT 耐压时必须用导体短接 GE。 在安装 IGD 时也必须保证栅 极与 IGD 可靠接触。  在 IGD 上存在一个短接于 G－E 之间的高阻 值电阻 RGE 以防止充电时电压升高带来的 dv／ dt 击穿 IGBT。  同时 在关断 IGBT 时也能起到快速释放栅极电荷加速关断的作用。

1．2．2  擎住效应

IGBT 内部存在一个等效的 PNP 和一个等效 的 NPN 三 极 管，这两个三极管又组成一个等效的晶闸管。  正常工况下 NPN

三极管不起作用，而当电流超出一定范围，该三极管会导致 IG- BT 失控，产生擎住效应。 当擎住效应发生后，门极将完全失去对 IGBT 的关断能力，IGBT 会一直导通直至烧毁。

1．2．3  过流损坏

IGBT 工作时需要在栅极加一个正电压以吸引 P 沟道的电 子形成一个临时的 N 性半导体区域，N 性半导体区域的厚度由 栅极电场强度决定，栅极电场强度越弱，则该区域越薄，IGBT 的 通态电阻越大，管压降和热耗损也就越大。  在不同触发电压下， IGBT 允许流过的电流是不同的。  若实际电流超过 IGBT 的额定 值将可能导致 IGBT 损坏。

当流过 IGBT 的电流超过最大允许电流但小于发生擎住效 应的电流时，  虽然可以通过外部电路关断 IGBT 以进行过流保 护，但这样的保护对 IGBT 的使用寿命是有影响的，一般的 IGBT 可承受过流保护次数在 1000 次左右，超过后将会损坏 IGBT。 1．2．4  散热不良造成的热击穿

当 IGBT 流 过 大 电 流 时会产生很大的热量 ， 以 型 号 为 FZ1200R12KF4 的 IGBT 为例， 其在 25℃下运行时的最大功耗 可达 7．8kW，虽然散热器上安装有温度传感器，具有热保护的功 能， 但当 IGBT 与散热器之间的导热硅脂过厚或过少时 ，IGBT 释放的热量无法正常传递到散热器， 在温度传感器尚未探测到 过温前 IGBT 可能已经损坏了。

2   IGD

2．1 IGD 的基本构造及工作原理

IGD 从构造上可以分为三大块：DC－DC 隔离电源、  关断 ／ 触发电路和 UCE  监控电路。  其中，隔离电源将 PSU 提供的直流 电压进行中频振荡后输入到隔离变压器的初级线圈，  通过二极 管和电容对隔离变压器次级线圈的输出电压整流平波后为 IGD 供电。  使用隔离电源进一步稳定了 IGBT 的触发电压，防止电压 波动损坏 IGBT 的触发端；  当 IGD 损坏时隔离电源也可以防止 功率部分的高压串入 PSU 造成更大范围的破坏。 6SE70 系列变 频器的隔离电源输入电压为 15V，MicroMaster 和 SINAMICS 系列的隔离电源输入电压为 24V。