1.2　常用元器件及電子電路大功率元件的檢修

大功率電子元件的損壞主要有以下原因：負載短路、散熱不好、模塊與散熱器緊固的螺釘松動、接線端子接觸不良發(fā)熱、散熱器等有毛刺短路。另外還和續(xù)流二極管、阻容吸收網(wǎng)絡(luò)、壓敏電阻、浪涌限制器、電感等有關(guān)，還與驅(qū)動信號有關(guān)系，如果驅(qū)動信號的頻率、幅度、波形的上升沿、波形的下降沿、波形的最高正電壓、波形的最低負電壓、波形的過沖振蕩、多路驅(qū)動信號的相位關(guān)系等不正常也會導(dǎo)致其損壞。功率半導(dǎo)體模塊損壞后，還可能導(dǎo)致驅(qū)動電路的損壞。

功率半導(dǎo)體模塊在大電流試驗時一定要擰緊螺釘裝好散熱器，接線螺釘也一定要擰緊，否則大電流的接線端會發(fā)熱損壞模塊，小電流接線端接觸不良造成干擾損壞模塊。如果示波器外殼接地，在測量時會因短路損壞功率模塊或控制電路，所以示波器的外殼不要接地，電源線的三芯插頭的地線不要連接。模塊接入電源之前最好先串聯(lián)一個幾百歐姆的限流電阻（可以用一個燈泡代替），這樣限流即使有短路也不會損壞模塊，正常后再撤掉限流電阻。

1.2.1　晶閘管的檢測

典型晶閘管模塊外形與內(nèi)部電路如圖1-8所示。將連接于門極的觸發(fā)信號線拆下，用萬用表的電阻擋測量晶閘管的門極和陰極之間的電阻，正常時應(yīng)為幾十歐姆，一般為30～40Ω，不同功率等級、不同型號的模塊會有較大的區(qū)別，這里一般指大功率的，具體數(shù)值可以比較設(shè)備上的幾個晶閘管。如果大于100Ω或斷路，說明晶閘管損壞，這會導(dǎo)致輸出電壓、電流過低。拆下接于陽極或陰極的主電纜，測量陽極和陰極之間的電阻，一般約為1MΩ。成組應(yīng)用（如橋式整流、并聯(lián)等）最好選用特性參數(shù)相同的同批次的產(chǎn)品。當(dāng)某一晶閘管的門極、陰極擊穿時一般會同時造成其陰極、陽極擊穿，這會導(dǎo)致輸出電壓、電流過高失控。平板式封裝的晶閘管的散熱器夾緊螺栓必須按規(guī)定順序和力矩擰緊，對于水冷的要注意防漏電和短路，這也會造成損壞。晶閘管的引線端子接觸不好發(fā)熱向內(nèi)傳熱也會損壞元件。

1.2.2　功率晶體管（GTR）模塊的檢測

典型GTR模塊外形與測量如圖1-9所示。松開接線螺釘，移去晶體管的線扎及電纜，觀察晶體管的外觀是否有裂紋、變形、變色等現(xiàn)象。用萬用表測量時，由于模塊內(nèi)發(fā)射結(jié)有并聯(lián)電阻，集電極C和發(fā)射極E之間有續(xù)流二極管，測量結(jié)果和普通晶體管有很大不同。用指針萬用表的R×1電阻擋或數(shù)字萬用表的二極管擋，檢測模塊中的每個晶體管的集電極C和發(fā)射極E之間的導(dǎo)通情況。如果發(fā)射極E向集電極C方向能導(dǎo)通（即指針萬用表的黑表筆接發(fā)射極E，指針萬用表的紅表筆接集電極C，指示較小的電阻值；數(shù)字萬用表的紅表筆接發(fā)射極E，數(shù)字萬用表的黑表筆接集電極C，指示較小的導(dǎo)通電壓），反向測量不通（指針萬用表指示的電阻值為無窮大；數(shù)字萬用表最高位顯示“1”而低位不顯示即指示過載），說明發(fā)射極E和集電極C之間正常，否則表明損壞。再測量晶體管的基極B和發(fā)射極E之間的導(dǎo)通情況。如果發(fā)射極E向基極B方向能導(dǎo)通，反向測量也導(dǎo)通，說明發(fā)射極E和基極B之間正常，否則表明損壞。

1.2.3　功率晶體管（GTR）驅(qū)動信號的檢測

檢測時斷開功率晶體管的供電電路（一般移去主整流電路的連接電纜即可），取下各個晶體管的基極和發(fā)射極連線（每個管有兩根一組的雙絞線）。有的設(shè)備有主電路斷路檢測電路，需要適當(dāng)短接或斷開某些連線，使控制電路部分能夠工作。打開電源開關(guān)，閉合啟動開關(guān)，用示波器測量基極B和發(fā)射極E之間的波形，如果是變壓器耦合的驅(qū)動信號，一般要有±7V左右的方波，如果是直接耦合正負電壓一般不等。單（三）相全橋結(jié)構(gòu)的四（六）個功率晶體管的驅(qū)動信號要相同，相位關(guān)系要合乎標準，決不能有短路導(dǎo)通。測完后關(guān)閉電源恢復(fù)基極信號線和其他電纜。典型驅(qū)動信號波形如圖1-10所示。如果是變壓器耦合的正負電壓相等，直接驅(qū)動的可能不等。

1.2.4　絕緣柵晶體管（IGBT）、絕緣柵場效應(yīng)管（MOSFET）的檢查

典型IGBT模塊結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。檢查時松開接線螺釘移去IGBT的連線，觀察晶體管的外觀是否有裂紋、變形、變色等現(xiàn)象。用萬用表測量門極G和發(fā)射極E，應(yīng)雙向不通；用9V電池給門極G（+）和發(fā)射極E（-）加正向電壓（即G接+、E接-），測量集電極C和發(fā)射極E，兩個方向都應(yīng)導(dǎo)通。用9V電池給門極G（+）和發(fā)射極E（-）加反向電壓（即G接-、E接+），測量集電極C和發(fā)射極E，發(fā)射極E向集電極C方向應(yīng)導(dǎo)通，集電極C向發(fā)射極E方向應(yīng)不通，否則說明損壞。由于門極與發(fā)射極有較大的電容，可以用指針萬用表的R×1k電阻擋測量門極與發(fā)射極，和測電容一樣應(yīng)有充放電現(xiàn)象。表1-1所示為數(shù)字萬用表的測量結(jié)果，指針萬用表的電阻擋紅表筆為低電壓，黑表筆為高電壓，與數(shù)字萬用表相反。MOSFET的檢查方法與IGBT類似。

1.2.5　絕緣柵晶體管（IGBT）、絕緣柵場效應(yīng)管（MOSFET）的驅(qū)動信號的檢測

檢測時斷開主回路的電源（一般取下主整流電路的電纜即可），不得向IGBT施加電壓；取下IGBT的門極G和發(fā)射極E的線扎（每個管有兩根一組的雙絞線）；接通電源使控制電路工作，閉合啟動開關(guān)；用示波器測量門極G和發(fā)射極E之間的波形，如果是變壓器耦合，一般要有±14V左右的方波，直接耦合時正負峰值電壓不等。關(guān)閉電源三分鐘以后恢復(fù)基極信號線和其他電纜。絕不可以只斷開門極和發(fā)射極的線扎，而不斷開集電極的供電，這樣門極的靜電感應(yīng)或門極電容存有的電荷會使其導(dǎo)通短路而燒毀。GTR模塊沒有這一特點。所以，IGBT拔掉觸發(fā)線后還要將門極與發(fā)射極可靠短路，最好斷開連接主電源的集電極，然后再加電。典型IGBT驅(qū)動信號的波形如圖1-12所示，一般驅(qū)動信號電壓在±15V范圍內(nèi)。

另外，在同類型的模塊中用電容表，測出模塊G-E或C-E結(jié)的電容量，電流大的電容量也大，這樣可以大致判斷模塊的功率級別的大小。

注意：①IGBT的門極、MOSFET柵極要比晶體管的基極更容易被靜電擊穿，修理時，拿IGBT、MOSFET一定要小心，不要用手隨意觸摸門極、柵極端子，放置時要將門極與發(fā)射極端子、柵極與源極端子用金屬片或金屬絲短路。②晶體管、IGBT、MOSFET由來自驅(qū)動板的信號驅(qū)動，一般距離較遠，如果有干擾信號串入干擾了驅(qū)動信號，晶體管、IGBT、MOSFET會工作異常，甚至損壞主功率管。通常驅(qū)動信號用雙絞線防止干擾，并且要遠離主回路等干擾源。③如果取下IGBT的門極引線、MOSFET的柵極引線，向IGBT的集電極和發(fā)射極、MOSFET的漏極和源極加電，因為門極電容充有電荷或因靜電感應(yīng)沒有完全關(guān)斷，會因為導(dǎo)通短路損壞IGBT、MOSFET。④通過向IGBT的門極與發(fā)射極加電，IGBT的集電極和發(fā)射極一旦導(dǎo)通，將不能恢復(fù)到原始的截止?fàn)顟B(tài)，若要恢復(fù)到原始的截止?fàn)顟B(tài)，可以將9V電池的正極接到發(fā)射極端子，負極接到門極端子，即給門極加反壓，并維持1s以上的時間。對于MOSFET也類似。⑤如果將由于向IGBT的門極與發(fā)射極加電，導(dǎo)致導(dǎo)通的IGBT安裝到設(shè)備上，IGBT會在設(shè)備電源開關(guān)閉合的瞬時因為短路大電流燒毀，所以向設(shè)備上安裝IGBT時，一定要使它處在截止?fàn)顟B(tài)。對于MOSFET也類似。

1.2.6　二極管模塊

對于三相整流橋，內(nèi)有六個接成橋式整流電路的二極管，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，很容易用萬用表檢測判斷六個二極管的好壞。實際測量時，三個交流端到正極正向?qū)ǎ聪虿煌ǎ摌O到三個交流端正向不通，反向?qū)ǎ龢O到負極不通，負極到正極導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓是單個二極管導(dǎo)通電壓的兩倍。典型二極管模塊外形和內(nèi)部電路如圖1-13所示。

1.2.7　智能功率模塊（IPM）

智能功率模塊只能大概測量一下，要確保正常，一般只能接到電路中檢驗。

智能功率模塊的外形與內(nèi)部電路如圖1-14所示。這是一種七管模塊，還有一種六管模塊，缺少B端內(nèi)的制動管，可見內(nèi)部有相同的單元，可以用比較的方法檢測。從輸出端看，有六個相同的IGBT和續(xù)流二極管，可以和測量普通IGBT一樣測量，六個IGBT的測量參數(shù)應(yīng)當(dāng)相同，制動管略有不同。從輸入端看高邊的三部分相同，低邊的三部分相同，可以將測量的電阻值對照，應(yīng)當(dāng)分組相同。