Практические аспекты силовой электроники: как проверить модуль

Производственные испытания SEMIKRON

Все силовые полупроводниковые модули, производимые компанией SEMIKRON, проходят полный цикл заводских испытаний, подтверждающих их функциональность и соответствие техническим спецификациям. Прямые (параметры проводимости) и обратные (блокирующие свойства) характеристики проверяются с помощью специального испытательного оборудования, способного обеспечить соответствующий номинальный ток и напряжение модуля (сотни и тысячи ампер, тысячи вольт). Высоковольтные тесты делаются для подтверждения целостности изоляции между токонесущими и заземляемыми частями модулей (например, между силовыми выводами и базовой платой). Подобные испытания, выполняемые на предприятиях-изготовителях, исключают необходимость во входном контроле.

 

Входной контроль

Некоторые заказчики предпочитают проводить входную проверку компонентов перед их установкой в оборудование. Такое решение может быть спровоцировано предыдущим негативным опытом: низким качеством получаемых от поставщика компонентов или мнением, что подобная проверка может снизить частоту отказов готовой продукции. К сожалению, входные тесты часто проводятся с использованием примитивного низковольтного оборудования, неспособного обеспечить необходимые электрические режимы, оговоренные в технических спецификациях. В лучшем случае это приводит к отбраковыванию исправных деталей, а в худшем — к их повреждению. Типичным примером безграмотной процедуры является проверка омического сопротивления переходов диодов и тиристоров вместо контроля тока утечки при повышенном напряжении и температуре.

Гораздо лучше решать проблемы качества с производителем комплектующих и выполнять производственные испытания готового оборудования, подтверждающие в том числе соответствие характеристик компонентов в составе изделия.

 

Устранение неполадок и тестирование компонентов в полевых условиях

Что делать в случае, когда изделие, содержащее мощный преобразователь, выходит из строя в полевых условиях и требует соответствующего технического обслуживания? Прежде всего, необходимо проверить силовые полупроводниковые модули, чтобы определить, нуждаются ли они в полной или частичной замене. Без такой проверки повторный запуск системы может привести к катастрофическим результатам. Для решения этой задачи желателен быстрый тест с использованием простого и доступного измерительного оборудования.

 

Оборудование: цифровой мультиметр (DMM)

Для тестирования полупроводниковых приборов в полевых условиях в первую очередь требуется цифровой мультиметр (желательно автоматический или полуавтоматический), имеющий функции проверки диодов (полупроводниковых переходов) и измерения емкости. На первом этапе необходимо проверить, что диод блокируется в обратном направлении и проводит (с небольшим падением напряжения) в прямом направлении. Речь идет как о выпрямительных диодах в диодно-тиристорных модулях, так и об антипараллельных быстрых диодах (FWD) в модулях IGBT. О цели измерения емкости изолированных затворов расскажем далее.

Мультиметр контролирует падение напряжения на диоде при протекании небольшого тока. Измеренное значение V_F никогда не будет совпадать с пороговым напряжением (например, V_F0), которое указано в технической спецификации, является параметром линейной аппроксимации прямых характеристик диода и используется для расчета потерь. Более того, падение напряжения у силовых диодов обычно оказывается меньше ожидаемого значения 0,7 В, характерного для маломощных кремниевых выпрямителей. Как правило, измерение V_F в мощных диодных модулях с рабочим напряжением 600–1700 В дает значение в диапазоне 0,2–0,5 В.

При обратном смещении исправного диода мультиметр показывает разрыв цепи, обычно это соответствует показаниям «OL», «Out of range» и т. п. Поскольку прибор способен подавать на выпрямитель только небольшое напряжение (например, 9 В), этот тест не позволяет полностью оценить блокирующую способность диода (600, 1200, 1700 В и более для силовых полупроводников). Данная проверка выявляет только заведомо неисправные компоненты, у которых фиксируется утечка при подаче даже небольшого обратного смещения.

Гораздо более корректные выводы можно сделать при наличии высоковольтного лабораторного источника напряжения, позволяющего подать на выпрямитель номинальное обратное напряжение. Для получения достоверных результатов модуль рекомендуется разогреть (например, в муфельной печи) до максимальной рабочей температуры и провести измерение обратного тока (I_DD, I_RD), предельная величина которого указывается в технических спецификациях. Отметим, что ток утечки полупроводникового прибора зависит от температуры в гораздо большей степени, чем от обратного смещения.

 

Оборудование: омметр

Пользователи часто пытаются применять омметр (или DMM в режиме омметра) для оценки исправности полупроводниковых компонентов. В то время как омическое сопротивление прибора в заблокированном состоянии может находиться диапазоне МОм, а в проводящем (или пробитом и закороченном) — в диапазоне мОм, любые промежуточные значения также не дают никакой полезной информации по следующим причинам.

Во-первых, полупроводниковые приборы состоят из кремниевых областей с разной степенью легирования (p-тип и n-тип), которые объединяются, образуя p-n-переходы. Эти области не являются однородными, степень легирования меняется, формируя так называемые профили легирования. Профиль — важная часть структуры прибора, во многом он определяет электрические свойства полупроводника. В силовых приборах основные p-n-переходы рассчитаны на работу с сотнями (или тысячами) вольт. Напряжение (например, 9 В), формируемое DMM, слишком мало, чтобы создать протяженное электрическое поле на всем p-n-переходе и в краевых зонах, которые снижают напряженность поля на краях чипа. Это означает, что омметр может анализировать только ограниченную часть профиля легирования и его показания не отражают свойств прибора в рабочих режимах. Более того, поскольку p-n-переход не проявляет омического (то есть линейного I-V) поведения, то при разных напряжениях прибор будет показывать различные результаты. Омическое сопротивление терминалов силовых модулей также вносит некоторую неопределенность в результаты измерения.

Во-вторых, в некоторых цифровых омметрах для измерения сопротивлений используется очень низкое напряжение (например, <0,6 В), чтобы избежать влияния прямого смещения имеющихся в электрической цепи диодов или транзисторов, параллельных измеряемому резистору. Это означает, что если функция омметра применяется для проверки диодного модуля, то пользователь, скорее всего, получит ложную информацию, поскольку измерительное напряжение недостаточно даже для прямого смещения диода.

В ряде случаев омметр может быть полезен для оценки поведения полупроводниковых приборов (например, процесса заряда затвора IGBT/MOSFET, описано далее), но сами по себе значения сопротивлений не несут никакой полезной информации. Высоковольтные измерители (мегаомметры) предназначены в первую очередь для проверки качества изоляции, и их некорректное применение может повредить полупроводник.

 

Проверка диодно-тиристорных модулей

Диодные и тиристорные модули выпускаются в различных сочетаниях и конфигурациях, в одном корпусе может содержаться одиночный выпрямитель, полумост, а также трехфазный мост. Техническая спецификация содержит всю необходимую для контроля информацию. У большинства модулей, например, таких как SEMIPACK (диодно-тиристорные), электрическая схема и номера выводов указываются непосредственно на корпусе (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения выводов модуля SEMIPACK 1

Все измерения с помощью мультиметра производятся на компонентах, отключенных от электрической схемы.

При подключении положительного (красный) вывода к аноду, а отрицательного (черный) к катоду диод проводит ток, а DMM показывает падение прямого напряжения (рис. 2a). При обратном включении диод блокируется и DMM индицирует разрыв цепи (OL).

При проверке тиристоров затвор следует оставить неподключенным. В отличие от диодов при тестировании тиристоров DMM должен показывать разрыв цепи (OL) в обоих направлениях (рис. 2б).

Рис. 2.
а) Типовые показания DMM в прямом (слева) и обратном (справа) включении исправного диода;
б) типовые показания DMM в прямом (слева) и обратном (справа) включении исправного тиристора

Соединение затвор-катод идеального тиристора представляет собой p-n-переход (рис. 3). Во многих тиристорах также существует параллельный путь «короткого замыкания» между затвором и анодом, предназначенный для получения большого начального тока, иници­ирующего запуск прибора. Поскольку он выполнен из однородного p-легированного кремния, измерение сопротивления в цепи затвор-катод обычно дает 10–50 Ом. Эта величина никогда не нормируется производителями, и пользователь должен понимать, что полученное низкое сопротивление не является признаком повреждения прибора. При использовании мультиметра в диодном режиме падение напряжения на переходе затвор-катод будет очень низким, как правило, оно находится в диапазоне 0,01–0,05 В в обоих направлениях.

Рис. 3. Измерение «сопротивления» между затвором и катодом тиристора

 

Проверка модулей IGBT/MOSFET

Как правило, IGBT корпусируется с анти­параллельным диодом (FWD), который можно проверить мультиметром, как описано выше. Так же контролируется и внутренний («тельный») диод в транзисторах MOSFET и SiC MOSFET, которые поставляются как с обратным диодом, так и без него (рис. 4).

Рис. 4. Расположение выводов, схема подключения обратного диода IGBT, MOSFET, SiC MOSFET

Современные силовые полупроводниковые ключи IGBT и MOSFET управляются подачей сигнала на изолированный затвор, поэтому падение напряжения на них в открытом состоянии нельзя измерить с помощью диодной функции DMM. Однако если в наличии имеется низковольтный лабораторный источник, то сопротивление открытого канала (R_{DS_on}) MOSFET и SiC MOSFET можно проконтролировать омметром при подаче на затвор отпирающего напряжения V_{G_on} (типовое значение 15–18 В).

Схема расположения выводов IGBT/MOSFET наносится на корпус модуля, что позволяет подключить измерительный прибор надлежащим образом (рис. 5a).

Рис. 5.
а) Схема расположения выводов модуля IGBT SEMITRANS;
б) схема расположения выводов модуля IGBT SEMiX

У модулей IGBT в конструктиве SEMiX (Econo Dual) силовые терминалы расположены в одной плоскости по разные стороны корпуса, при этом АС-выход выполнен в виде двух соединенных между собой выводов (рис. 5б). Сигнальные соединения затвора, эмиттера и катода находятся в верхней части корпуса для удобства подключения платы драйвера.

 

Прямые и обратные характеристики

Все измерения должны производиться на отключенном модуле IGBT/MOSFET. Мультиметр следует установить в режим проверки диодов, при этом необходимо соблюдать полярность выводов (рис. 6). При подключении положительной (красной) клеммы к коллектору (С), а отрицательной (черной) клеммы к эмиттеру DMM должен индицировать разрыв цепи. При обратном включении DMM показывает падение прямого напряжения на антипараллельном диоде.

Рис. 6. Типовые показания DMM в прямом (слева) и обратном (справа) включении исправного IGBT

Изолированный переход затвор-эмиттер IGBT (затвор-исток MOSFET) во многом ведет себя как конденсатор. Вследствие этого режим омметра DMM можно использовать для контроля заряда емкостей затвора, поскольку очевидно, что в установившемся состоянии цепь затвора должна показывать бесконечное сопротивление (разрыв цепи). Оксидный слой, формирующий изоляцию затвора, очень тонкий и крайне чувствителен к электростатическому разряду (ESD), поэтому при контроле цепи управления IGBT/MOSFET следует соблюдать все соответствующие требования предосторожности.

При подключении омметра к цепи затвор-эмиттер (исток) он будет показывать быстро растущее сопротивление (заряд емкости затвора), выходящее за мегаоммный диапазон. Как правило, прибор индицирует это как разрыв цепи (OL). Если цепь затвора повреждена, измеритель покажет низкое сопротивление, вплоть до короткого замыкания.

Более информативным параметром является емкость затвора. К сожалению, ее точную величину указать невозможно, несмотря на наличие параметров C_iss, C_oes, C_res в технических спецификациях. Измеренная емкость C_ge в цепи изолированный затвор — эмиттер (у силовых модулей она находится в диапазоне от единиц до десятков нФ) будет зависеть не только от типа DMM, но и от ориентации входов прибора относительно выводов G и E. Поэтому при проверке модулей с подозрением на отказ лучше всего измерить величину C_ge у нового, заведомо исправного IGBT того же типа и затем использовать полученное значение как референтное для сравнения.

 

Тестирование интеллектуальных силовых модулей (IPM) и драйверов затворов

Интеллектуальные модули (IPM) могут, кроме силовой секции, содержать драйверы затворов, датчики и даже теплоотвод, например SKiiP SEMIKRON. Методика проверки обратных диодов IGBT в IPM аналогична описанной выше (рис. 7а), однако наличие встроенного драйвера создает некоторые дополнительные возможности, их мы рассмотрим далее.

Рис. 7.
а) Типовые показания DMM при проверке антипараллельных диодов в модуле IPM SKiiP;
б) измерительный прибор SKiiP Tester

Силовой каскад IPM SKiiP состоит из нескольких полумостовых элементов, которые могут работать независимо (трехфазный инвертор GD) или соединяться в параллель с помощью внешних DC- и АС-шин (полумост GB). Во втором случае затворы параллельных IGBT объединяются на плате драйвера.

Ремонт драйверов затворов в полевых условиях, как правило, невозможен из-за сложности монтажа/демонтажа smd-компонентов, поэтому отказавшую плату лучше полностью заменить. А вот ток потребления драйвера является очень информативным параметром. В частности, его проверка при отсутствии и наличии импульсов управления и последующее сравнение результатов с референтными значениями дает 95%-ную гарантию исправности силового модуля (рис. 8).

Данный принцип реализован в специальном измерительном приборе SKiiP Tester (рис. 7б, производитель — Billmann [3]), используемом при проверке интеллектуальных силовых модулей IGBT в полевых условиях. Он формирует необходимое драйверу SKiiP напряжение питания (24 В) и имеет встроенный генератор импульсов управления с возможностью их раздельной подачи на ключи TOP и BOT. Для контроля тока потребления в приборе предусмотрен отдельный вход, к которому подключается мультиметр. В комплекте тестера имеется набор шлейфов для соединения с модулями SKiiP различных типов и адаптер волоконно-оптической линии связи, позволяющий проверять IPM с оптическим входом.

Ток потребления интеллектуальных модулей без коммутации указывается в технических спецификациях, например у SKiiP 3 величина I_SO (V_S = 24 В, F_sw=0) составляет 240 мА. Для его проверки нужен регулируемый лабораторный источник питания с последовательно включенным амперметром (рис. 8). Измерение производится без подачи высокого напряжения (V_DC) на силовой каскад.

Рис. 8. Измерение тока потребления драйвера:
а) в дежурном режиме;
б) при подаче импульсов управления

Таким же образом проверяется ток I_s при подаче импульсов управления TOP/BOT на драйвер (рис. 8б). Расчет I_s делается с помощью выражения, приводимого в технической спецификации, например, у SKiiP 3 поколения I_s = (240 + k₁×f_sw + k₂×I_AC) мА, где k₁ = 29 мА/кГц, k₂ = 0,00065 мА/А². То есть при коммутации обоих ключей (TOP/BOT) на частоте f_sw = 10 кГц ожидаемый ток потребления составит 530 мА (выходной ток I_AC отсутствует). При коммутации только одного из ключей полумоста величина I_s будет в диапазоне 240–530 мА.

В процессе работы необходимо убедиться, что плата управления не генерирует информации об ошибках, например о пониженном напряжении (UVLO), перегреве или перегрузке по току, которых не должно быть при отсутствии силового напряжения. Поскольку у большинства драйверов нет функции самодиагностики, наличие сигнала ошибки (ERROR) может указывать на их неисправность.

 

Можно ли использовать силовой модуль после длительного хранения?

Этот вопрос возникает очень часто, и связан он не только с длительностью, но и с условиями хранения (температура, влажность). Диапазон температур T_stgобычно указывается в спецификации, причем многие производители определяют гарантийный срок хранения силовых модулей не более 1 года в условиях сухого отапливаемого склада. В первую очень данное ограничение связано с риском накопления ионов воды в силиконовом геле, которым заливаются любые силовые модули [4]. Заливка используется для обеспечения электрической изоляции керамических DBC-подложек. Кроме того, она защищает внутреннее пространство модуля от загрязнения в процессе производства и позволяет снизить уровень механических напряжений.

Низкомолекулярные газы (в том числе водяной пар) активно проникают в гель и оседают на DBC-подложке, то есть гели обладают высокой гигроскопичностью (рис. 9). Накопление ионов воды вызывает изменения структуры электрического поля в краевых зонах, а также в фотоимидном изолирующем слое чипов. Если влага попадет на кристаллы, то при подаче напряжения это приведет к быстрому развитию коррозии и отказу модуля.

Рис. 9. Накопление влаги на изолирующей подложке и чипах IGBT

Скорость диффузии ионов воды в силиконовом геле — около 0,04 мм/с при +18 °С, она увеличивается до 1 мм/с при +100 °С, защитный слой толщиной около 5 мм достигает насыщения в течение 5 ч. Испытания показали, что постоянная времени накопления влаги в стандартных силовых модулях составляет около 8 ч, а ее остаточный процент в силиконовом геле после 4 ч высыхания (при комнатной температуре) — около 40%.

Силовые модули SEMIKRON и подавляющего большинства устройств других производителей соответствуют климатическому классу 3K3 EN 60721-3-3 по стандарту EN 50178. С учетом изоляционных зазоров они могут применяться в средах со степенью загрязнения 2 в условиях, предусмотренных стандартами EN 50178 и EN 61800-5-1 (табл.). Это означает, что при эксплуатации не допускается попадание капель воды или конденсация влаги.

Таблица. Климатический класс 3К3 (расширенный) по стандарту EN60721-3-3

Параметр	Значение
Температура окружающей среды	–20…+55 °С
Температура охлаждающей среды	–20…+55 °С
Относительная влажность	5–85% 85% при Т = +30 °С 50% при Т = +40 °С 20% при Т = +55 °С
Абсолютная влажность	26 г/м3
Высота над уровнем моря без снижения параметров	1000 м
Степень загрязнения (2. 5.59 IEC 60947-1)	2

Для предотвращения отказов силовых полупроводниковых компонентов условия их применения должны соответствовать специфическим климатическим требованиям. Необходимо принятие дополнительных мер, таких как обогрев, кондиционирование, работа в непрерывном режиме, контроль температуры охлаждающей жидкости и т. д. О влиянии влаги и конденсата на работу электронных систем и методах предотвращения отказов подробно рассказано в [4].

Перед вводом системы в эксплуатацию или после ее длительного простоя (техническое обслуживание и т. д.) рекомендуется проводить циркуляцию теплого хладагента (воздух/жидкость) для вытеснения накопленной влаги. Данный метод распространен, например, в ветроэнергетике. На рис. 10 показано, как изменяется относительная влажность внутри силового модуля в процессе сушки при температуре +40 °C.

Рис. 10. Изменение RH внутри модуля в процессе сушки при температуре +40 °С для различных условий окружающей среды

Считается, что при RH ≤ 60% (внутри модуля) система может быть запущена без риска развития коррозии на полупроводниковых чипах. Как видно на рис. 10, наиболее эффективная сушка происходит в течение первого часа. При +35 °C/85% влажность стабилизируется на уровне 60% после 24 ч, при +25 °C/85% RH падает ниже 50% после 10 ч, при +15 °C/85% — после 1 ч.

Если силовые модули хранились в течение длительного времени, то перед установкой в изделие их рекомендуется выдержать в течение суток в муфельной печи или климатической камере при температуре > +30 °C (+40…+60 °С). Такая мера не дает 100%-ной гарантии надежной работы прибора, но, как правило, достаточна для удаления остаточной влаги из геля.

 

Измерения: вы видите не то, что есть на самом деле!

Применение простейших средств измерения, таких как мультиметр, позволяет выявить заведомо неисправные компоненты, однако очевидно, что для детального анализа системы необходимо профессиональное оборудование, в первую очередь цифровой осциллограф с высоким разрешением. В рамках данной статьи мы не будем рассказывать об особенностях его применения, отметим только пару важных моментов. Например, очень часто начинающие специалисты пытаются бороться с шумами, создаваемыми паразитным контуром щупа осциллографа. Отличить «истинный» сигнал от «ложного» очень просто, для этого надо соединить между собой сигнальный и общий вывод в точке измерения. Если шумовой сигнал остается — это погрешность измерения, если помехи пропадают — они реально присутствуют в измеряемом сигнале.

Рис. 11. Паразитные осцилляции, создаваемые распределенным контуром щупа осциллографа

Однако для «профессионального» анализа процессов, происходящих в силовых импульсных преобразователях, необходимо специальное оборудование, в первую очередь — дифференциальный пробник напряжения и петля Роговского (рис. 12). Эти аксессуары к цифровому осциллографу позволяют проектировщику видеть реальные сигналы напряжения и тока без риска их искажения паразитными элементами измерительного контура. Особенности конструкции петли Роговского дают возможность измерять импульсные токи в самых труднодоступных точках, например непосредственно на выводах корпусов ТО-220, ТО-247.

Рис. 12. Основные инструменты разработчика силовой электроники: петля Роговского и дифференциальный пробник напряжения

 

Заключение

Силовые полупроводниковые модули — очень сложные устройства, параметры которых невозможно измерить без специального оборудования. Однако в полевых условиях часто возникает необходимость отбраковки и замены заведомо неисправных или «подозрительных» компонентов. Повторное включение системы, содержащей поврежденные силовые ключи, как правило, приводит к катастрофическим последствиям. Неоценимую помощь в этом случае может оказать простейшее измерительное оборудование: цифровой мультиметр с функцией проверки диодов и измерителем емкости, а также лабораторный источник питания.

Литература

1. Материалы сайта SEMIKRON.com
2. Wintrich A., Nicolai U., Tursky W., Reimann T. Application Manual Power Semiconductors. 2^nd ISLE Verlag, 2015.
3. Ingenieurbüro Billmann. Lerchensteige 10, 91448 Emskirchen, Germany. ib-billmann.de
4. Дрекседж П., Ламп И. Воздействие влажности и конденсации на работу силовых электронных систем // Силовая электроника. 2016. № 5.

Проверка радиоэлементов с помощью тестеров, мультиметров и простых измерительных схем. — Студопедия

Поделись с друзьями: 

При отсутствии специализированных измерительных приборов можно использовать мультиметр или авометр.

Резисторы.

Резисторы проверяют омметром на соответствие измеренного сопротивления с его значением указанном на резисторе. Возможны следующие неисправности резистора: внутренний обрыв выводов, перегорание токопроводящего слоя, увеличение сопротивления сверх допустимого или потеря контакта движка с токопроводящем слоем переменного резистора. Перегорание токопроводящего слоя, как правило, легко определяется по чёрному кольцу обгоревшей краски на поверхности резистора.

При проверке переменных резисторов нужно измерять сопротивление резистора не только между крайними выводами, но и между одним крайним выводом и средним выводом движка при этом поворачивая ось резистора из одного крайнего положения в другое. Сопротивление должно изменяться плавно без скачков. Эту проверку удобнее делать стрелочным омметром. Затем измерение повторяют, подключая омметр между выводом движка и другим крайним выводом.

Все авометры и мультиметры имеют возможность измерять сопротивление резисторов. Всё различие состоит в диапазонах измерений. Так, например авометры позволяют измерять сопротивление от единиц и десятков Ом до 1÷5 МОм. Мультиметры позволяют измерять сопротивления от единиц Ом до 20÷200 МОм. Следует учесть, что у стрелочных приборов класс точности составляет 2,5÷4% и по шкале авометра сопротивление определяется с точностью 2÷3 разряда. У цифровых мультиметров класс точности составляет 0,8÷1% и на шкале определяется сопротивление с точностью 3÷4 разряда и только на пределе 200 МОм класс точности у некоторых мультиметров падает до 5%.

Конденсаторы.

Неисправности конденсаторов:  обрыв и короткое замыкание внутри конденсатора, уменьшение ёмкости конденсатора, увеличение тока утечки конденсатора.

Уменьшению ёмкости и увеличению тока утечки, как правило, подвержены оксидные конденсаторы, у которых при длительной эксплуатации или при большом сроке хранения теряется ёмкость (высыхает электролит).

Наличие короткого замыкания в конденсаторе легко проверить любым омметром по нулевому показанию в режиме измерения сопротивлений.

Наличие обрыва проверить омметром невозможно из-за очень большого сопротивления изоляции диэлектрика конденсатора. Об обрыве слюдяного, плёночного, бумажного и воздушного конденсаторов можно судить по измеряемой ёмкости. Если она очень мала по сравнению с номинальной, то в конденсаторе имеется обрыв.

Оксидные конденсаторы имеют относительно большое сопротивление утечки и их удобно измерять стрелочным авометром, используя последний в режиме измерения сопротивлений в диапазоне единицы и десятки «МОм». В этом случае при подключении с учётом полярности щупов прибора к выводам конденсатора стрелка сначала отклоняется до нуля, а затем движется в сторону повышения показаний (заряд конденсатора). Чем больше ёмкость конденсатора, тем медленнее движется стрелка прибора. Если стрелка прибора установилась на отметках несколько мегом – конденсатор имеет малый ток утечки, а если показание в пределах сотни килом и меньше – ток утечки большой и конденсатор использовать не стоит.

Цифровым мультиметром также как и стрелочным можно проверить ток утечки оксидных конденсаторов, но это измерение занимает значительно большее время, так как время цикла одного измерения составляет около 1 секунды.

В последнее время для проверки оксидных конденсаторов используют измерение ESR — Equivalent Series Resistance (ЭПС — эквивалентное последовательное сопротивление) — одного из параметров конденсатора, характеризующий его активные потери в цепи переменного тока. Для этого используются специализированные приборы. Чем меньше ESR, тем лучше конденсатор.

Воздушные конденсаторы переменной ёмкости необходимо проверять омметром на замыкание пластин. Для этого по шкале омметра в режиме измерения «единиц Ом» и подключённого к выводам одной секции при плавном вращении оси конденсатора следят за бросками стрелки к нулевой отметке. Если их нет, то секция конденсатора исправна. Тогда проверяют остальные секции.

Некоторые авометры и мультиметры позволяют измерять ёмкость конденсаторов. В авометрах это довольно узкий диапазон ограничивающийся единицам и сотнями нанофарад с погрешностью 2,5÷4%. Необходимо учесть, что в этом режиме к авометру требуется подключать внешний источник переменного напряжения 120÷250 В, то есть измеряемые конденсаторы должны быть с рабочим напряжением не менее 250÷300 В.

Цифровые мультиметры позволяют измерять ёмкости от единиц нанофарад до десятков микрофарад. У цифровых мультиметров класс точности, как правило, составляет ≤2,5%. Несмотря на то, что у цифровых мультиметров разрешающая способность составляет на малом пределе 1÷10 пФ, погрешность при измерении малых ёмкостей может быть очень большой.

Катушки индуктивности.

Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы и автотрансформаторы имеют следующие неисправности: обрыв выводов или внутренний обрыв обмотки, короткое замыкание обмотки или отдельных витков.

В авометрах не предусмотрено измерение индуктивности. С помощью авометра можно измерить только активное сопротивление обмотки, но даже это не позволяет определить наличие короткозамкнутых витков. Для определения короткозамкнутых витков с помощью омметра поступают следующим образом. На трансформаторе выбирают обмотку с наибольшим числом витков и подключают к ней омметр, включенный на диапазоне измерении «единиц Ом» (наибольший ток). Один щуп прибора подключают одному концу обмотки с помощью зажима типа «крокодил». Ко второму концу обмотки прикасаются слегка влажными пальцами левой руки, а вторым щупом прибора держа его за металлический наконечник правой рукой касаются второго вывода обмотки. При размыкании щупа с выводом обмотки, если будет ощущаться лёгкий удар электрического тока, то обмотки трансформатор исправен, и наоборот, если удара нет, то с большой вероятностью короткозамкнутые витки есть. О наличии короткозамкнутых витков можно судить по быстрому и сильному нагреву трансформатора при включении трансформатора на холостом ходу (когда все вторичные обмотки отключены от нагрузки).

Большинство мультиметров не имеет возможности измерять индуктивность. В одном из немногих типов, например в мультиметре VC9808 заложена возможность измерения индуктивности на пределах 20мГн ÷ 20Гн с погрешностью 2,5÷5%.

Для измерения индуктивности основном используются RLC -измерители.

При оценке катушек индуктивности используемых для резонансных контуров часто необходимо знать добротность катушки – Q, добротность измеряется с помощью  Q- метров.

 

Полупровод н иковые диоды.

Полупроводниковые диоды имеют следующие неисправности: внутренние обрыв выводов, пробой или расплавление p-n -перехода. Существует много типов диодов, но наиболее часто приходится иметь дело с выпрямительными и импульсными диодами, стабилитронами и стабисторами, светодиодами. Все перечисленные диоды имеют малое сопротивление в прямом направлении и большое в обратном направлении. Проверку диодов можно проводить с помощью стрелочных авометров и цифровых мультиметров. Разница состоит в том. что у стрелочных авометров напряжение батареи омметра составляет 3-4,5 В, а в цифровых мультиметрах это источник с напряжением 0,7-0,9 В. Поэтому при проверке диодов в прямом направлении стрелочный омметр покажет малое сопротивление порядка единиц ом, а цифровой мельтиметр отобразит сопротивление порядка сотен ом – единиц килоом. При проверке обратного сопротивления разница в показаниях будет не столь существенна и на неё можно не обращать внимания. При проверке стрелочными авометрами диодов в прямом направлении обратить внимание на допустимое обратное напряжение диодов – оно должно быть больше напряжения питания омметра. Это особенно важно у светодиодов, так как у них U_обр не превышает 2÷3 В.

Полупроводниковые транзисторы.

Полупроводниковые биполярные транзисторы имеют следующие неисправности: внутренние обрыв выводов, пробой или расплавление p-n -переходов.

Полупроводниковые полевые транзисторы имеют следующие неисправности: внутренний обрыв выводов, пробой затвор – канал или расплавление канала.

Биполярные транзисторы

Большинство мультиметров и некоторые авометры имеют возможность проверять β — коэффициент усиления биполярных транзисторов. Этими же приборами можно проверить целостность переходов биполярных транзисторов, так как биполярный транзистор можно представить как встречно-последовательное соединение двух диодов.

Рис. 2.5. Представление биполярных транзисторов в виде схемы на диодах.

 

Единственно на что следует обратить внимание допускает ли базо-эмиттерный переход напряжение 2÷3 В (стрелочный авометр) в прямом направлении. У многих СВЧ транзисторов U_{бэ доп} находится в этих пределах.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы с p-n- переходом можно представить, как показано на рис. 2.6. согласно этой схеме полевой транзистор можно прозвонить омметром. Как видно из схемы сопротивление канала можно проверить, изменяя полярность щупов омметра в обоих направлениях и сопротивление должно быть одинаковым. Затем можно проверить p-n- переход, как это делалось при проверке биполярных транзисторов или диодов.

Рис. 2.6.

Полевые транзисторы с изолированным затвором, особенно большой мощности можно также проверить с помощью омметра. Сопротивление канала проверяется также как и в предыдущем случае. Но так как тразисторы с изолированным затвором, то между затвором и каналом находится диэлектрик, следовательно, канал и затвор будут представлять собой конденсатор, который можно заряжать и разряжать при этом открывая и закрывая транзистор. В этом случае лучше собрать следующую схему для проверки полевого транзистора с изолированным затвором (см. рис. 13.6).

 

Как проверить полевой транзистор мультиметром? Перед любой проверкой полевого транзистора нужно разобраться с назначением и маркировкой его выводов: G (gate) — затвор, D (drain) — сток, S (source) — исток. Если маркировки нет или она не читается, придётся найти паспорт (datasheet) изделия с указанием назначения каждого вывода, причём выводов может быть не три, а больше, это значит, что выводы объединены между собой внутри. И также нужно подготовить мультиметр: подключить красный щуп к плюсовому разъёму, соответственно, чёрный к минусу, переключить прибор в режим проверки диодов и коснуться щупами друг друга, мультиметр покажет «0» или «короткое замыкание», разведите щупы, мультиметр покажет «1» или «бесконечное сопротивление цепи» — прибор рабочий. Про исправную батарейку в мультиметре говорить излишне. В разных типах транзисторов проверка может отличаться/ Подключение щупов мультиметра указано для проверки n-канального полевого транзистора, описание всех проверок тоже для n- канального типа, но если вдруг попадётся более редкий p -канальный полевик, щупы надо поменять местами. Понятно, что в первую очередь ставится задача оптимизации процесса проверки, чтобы пришлось как можно меньше выпаивать и паять деталей, поэтому посмотреть, как проверить транзистор, не выпаивая, можно на этом видео: Проверка полевика, не выпаивая является предварительной, она может помочь определить, какую деталь нужно проверить точнее и, может быть, заменить. При прозвонке полевого транзистора, не выпаивая, обязательно отключаем проверяемый прибор от сети и/или блока питания, вынимаем аккумуляторы или батарейки (если они есть) и приступаем к проверке. Чёрный щуп на D, красный на S, показание мультиметра примерно 500 мВ (милливольт) или больше — скорее исправен, показание 50 мВ вызывает подозрение, когда показание меньше 5 мВ — скорее неисправен. Чёрный на D, а красный на G: большая разность потенциалов (до1000 мВ и даже выше) — скорее исправен, если мультиметр показывает близко к пункту 1, то это подозрительно, маленькие цифры (50 мВ и меньше), и близко к первому пункту — скорее неисправен. Чёрный на S, красный на G: около 1000 мВ и выше — скорее исправен, близко к первому пункту — подозрительно, меньше 50 мВ и совпадает с предыдущими показаниями — видимо, полевой транзистор неисправен. Проверка показала предварительно по всем трём пунктам неисправность? Нужно выпаивать деталь и приступать к следующему действию: Проверка полевого транзистора мультиметром Для проверки полевого транзистора мультиметром, следуйте инструкциямВключает в себя подготовку мультиметра (смотри выше). Обязательно снятие статического напряжения с себя и накопленного заряда с полевика, иначе можно просто «убить» вполне себе исправную деталь. Статическое напряжение с себя можно снять, используя антистатический манжет, накопленный заряд снимается закорачиванием всех выводов транзистора. Прежде всего нужно учитывать, что практически все полевые транзисторы имеют предохранительный диод между истоком и стоком, поэтому проверять начинаем именно с этих выводов. Красный щуп на S (исток), чёрный на D (сток): показания мультиметра в районе 500 мВ или чуть выше — исправен, чёрный щуп на S, красный на D, показания мультиметра «1» или «бесконечное сопротивление» — шунтирующий диод исправен. Чёрный на S, красный на G: показания мультиметра «1» или «бесконечное сопротивление», норма, заодно зарядили затвор положительным зарядом, открыли транзистор. Не убирая чёрного щупа, переносим красный на D, по открытому каналу течёт ток, мультиметр что-то показывает (не «0» и не «1»), меняем щупы местами: показания примерно такие же — норма. Красный щуп на D, чёрный на G: показания мультиметра «1» или «бесконечное сопротивление» — норма, заодно разрядили затвор, закрыли транзистор. Красный остаётся на D, чёрный щуп на S, показания мультиметра «1» или «бесконечное сопротивление» — исправен. Меняем щупы местами, показания мультиметра в районе 500 мВ или выше — норма. Вывод по итогам проверки: пробоев между электродами (выводами) нет, затвор срабатывает от небольшого (меньше 5В) напряжения на щупах мультиметра, транзистор исправен. Проверка IGBT (БТИЗ) мультиметром Про подготовку мультиметра повторяться не будем. IGBT транзистор имеет следующие выводы: G (gate) — затвор, К (C) — коллектор, Э (E) — эмиттер Начинаем прозванивать:

Как проводится проверка мультиметром гибридного БТИЗ транзистораКрасный на G, чёрный на E: мультиметр показывает «1» или «бесконечное сопротивление» — норма. Меняем щупы местами, показания те же — норма, заодно зарядили затвор отрицательным зарядом, закрыли транзистор. Чёрный на C, красный на E: мультиметр показывает «1» или «бесконечное сопротивление» — норма. Меняем щупы местами, когда есть шунтирующий диод, мультиметр покажет не«0» и не «1», а падение напряжения на диоде, если диода нет мультиметр покажет «1» или бесконечное сопротивление — норма. Вывод: по итогам проверки это изделие исправно.

 

 

При проверке полевых транзисторов необходимо обращать особое внимание на возможность пробоя транзистора электрическим зарядом, накопленным на руках и щупах омметра.

 

---

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  

---



Проверка IGBT с помощью мультиметра ПЛОХОЕ или хорошее состояние

Как проверить IGBT с помощью мультиметра, объясняется в этой статье. Если кто-то может использовать простой мультиметр и знает, как проверить диод, он также может легко проверить IGBT. Перед тестированием обратите внимание на клеммы IGBT, они имеют клеммы G, C и E. G = вентиль, C = коллектор, E = эмиттер. Некоторые модели IGBT имеют внутренний диод, подключенный к клеммам C и E. Большой ток и большой IGBT имеют тенденцию выходить из строя из-за замыкания и размыкания, поэтому перед тестированием всего процесса вы можете сначала проверить состояние замыкания и размыкания.

                                                               Разрядите IGBT, замкнув 3 клеммы вместе. Этот образец IGBT имеет расположение клемм как G G C E (соответственно 1-2-3).

Этап проверки IGBT с помощью мультиметра.

1. Разрядите IGBT, замкнув 3 клеммы. Используйте ножки резистора или другую аналогичную металлическую проволоку. После разряда не прикасайтесь ни к одному из его выводов и в процессе проверки всегда держите его за изолированную область или черный корпус. Удалите IGBT из цепи, прежде чем проводить какие-либо испытания.

2. Проверьте клеммы C и E, используя диапазон Rx1 кОм. Прикоснитесь к щупу и прочтите измеренное значение. Переключите измерительный провод и снова считайте измеренное значение. Хороший IGBT покажет некоторое сопротивление 1 раз и ∞ 1 раз. Защищенный IGBT укажет на 0 Ом 2 раза. Открытый IGBT будет указывать на ∞          2 времени.

                                                       Хороший IGBT укажет на некоторое сопротивление 1 раз .

                                     Хороший   IGBT  будет указывать         ∞   масштаб       1  раз 

3. Проверьте клеммы G и C, используя диапазон Rx10 кОм. Прикоснитесь к щупу и прочтите измеренное значение. Переключите измерительный провод и снова считайте измеренное значение. Good IGBT отобразится ∞  2   раза.

4. Проверьте клеммы G и E, используя диапазон Rx10 кОм. Прикоснитесь к щупу и прочтите измеренное значение. Переключите измерительный провод и снова считайте измеренное значение. Хороший IGBT будет отображаться ∞ 2   раза.

                                    

                                                            Проверьте клеммы G и C с помощью диапазона Rx10 кОм.

                                       Проверьте клеммы G и E  , используя диапазон Rx10 кОм.

Все этапы тестирования 1 , 2 , 3–4 должны быть в хорошем состоянии, чтобы IGBT был в хорошем состоянии. Если какой-либо из 1 шагов не пройден, значит, IGBT уже неисправен.

Простой  метод проверки IGBT – это срабатывание затвора.

Разрядите IGBT, замкнув 3 клеммы. Во время тестирования не прикасайтесь ни к каким клеммам и всегда держите IGBT за черный корпус. Подсоедините меньший провод, как показано на фото, затем используйте резистор для подачи напряжения срабатывания от клеммы C к клемме G. Исправный IGBT приведет к тому, что стрелка мультиметра переместится вперед и укажет на некоторое сопротивление. затем удалите резистор (напряжение срабатывания), IGBT по-прежнему будет пропускать ток, а указатель по-прежнему будет указывать на то же положение, когда затвор срабатывает.

                                                                                                           та же позиция (для хороших IGBT)

Подробнее     темы 

Совет по оценке состояния модуля IGBT-VEICHI ELECTRIC

Возможны ситуации в работе: поврежденный IGBT-модуль должен проанализировать причину отказа, или модуль с хорошим внешним видом должен оценить, нет ли каких-либо отклонений от нормы.

Возможны ситуации в работе: поврежденный IGBT-модуль должен проанализировать причину отказа, или модуль с хорошим внешним видом должен определить, есть ли какая-либо неисправность. При отсутствии специализированного оборудования можно использовать цифровые мультиметры в качестве обычного инструмента, помогающего нам быстро идентифицировать IGBT. В настоящее время обычно используются файл диода, файл сопротивления и файл емкости мультиметра. Стоит отметить, что тестовые данные мультиметра не универсальны и могут использоваться только в качестве справочных.

Структура модуля

В качестве примера возьмем обычный модуль IGBT в корпусе 62 мм. Внутренняя часть состоит из микросхемы IGBT (биполярного транзистора с изолированным затвором), микросхемы FWD (диода свободного хода), соединительного провода и т. д. Некоторые сильноточные модули должны быть объединены несколькими наборами микросхем. На рисунке 1 представлен модуль производителя на 400 А:

Модуль производителя на 400 А

Его электрическое соединение показано на рисунке 3. Верхний и нижний мосты модуля имеют 4 набора микросхем IGBT и FWD, соединенных параллельно через соединительную линию. Эквивалентный электрический символ показан на рис. 4: 9.0003

Электрическое соединение

Эквивалентный электрический символ

Методы измерения

1. Файл диода

С помощью файла диода можно измерить прямое падение напряжения VF обратного диода. Замкните затвор-эмиттер, соедините эмиттер с красной ручкой мультиметра, черную ручку соедините с коллектором, и нормальный модуль VF будет около 0,3 ~ 0,7 В. Если VF слишком велик, микросхема FWD или соединительный провод будут отключены. Короткое замыкание происходит в микросхеме FWD или IGBT.

Размер VF связан с прямым током IF. Как показано на рисунке ниже, существуют некоторые различия в сопротивлении и напряжении в тестовой цепи разных мультиметров, что приведет к различию результатов измерений. Поэтому это тестовое значение нельзя сравнивать с другими тестовыми значениями мультиметра. Он не может представлять данные в таблице данных. Это тестовое значение не имеет никакого другого значения. Его можно использовать только для определения того, является ли чип FWD хорошим или плохим.

VF control

2. Файл сопротивления

(1) Измерьте сопротивление между коллектором и эмиттером каждой трубки IGBT в модуле, замкните затвор-эмиттер, красная ручка мультиметра подключена к коллектору, черный индикатор подключен к эмиттеру, а нормальное значение сопротивления модуля, как правило, выше уровня мегаом.

(2) Измерьте сопротивление между затвором-эмиттером (затвор-коллектор) каждой трубки IGBT в модуле. Красный и черный щупы мультиметра подключены к затвору и эмиттеру (затвор и коллектор) соответственно, и нормальный модуль тоже показывает высокое сопротивление. Когда плата драйвера подключена к модулю, сопротивление затвор-эмиттер равно сопротивлению продувки, обычно несколько тысяч Ом.

Из-за диапазона измерения мультиметра некоторые мультиметры не могут отображать действительные значения для вышеуказанных измерений высокого сопротивления. Конечно, когда тестовое значение имеет высокий импеданс, это не означает, что модуль в норме. Вышеупомянутый метод работы оказывает определенное влияние на определение неисправного модуля, но вероятность успеха не очень высока, и также требуется результат измерения емкости.

3. Файл конденсатора

Измерительный механизм мультиметра настроен на файл конденсатора, красная ручка подключена к затвору, черная ручка подключена к эмиттеру, а внутренняя емкость между затвором и эмиттером IGBT в модуле измеряется, данные измерений записываются, а затем заменяется тестовая ручка, то есть черная. Ручка счетчика подключается к воротам, красная ручка подключается к излучателю, и измеренные данные записываются. Емкость модуля варьируется от нескольких нФ до нескольких десятков нФ. Наконец, данные сравниваются с другими микросхемами IGBT в модуле, измеренными мультиметром, или с данными измерений того же производителя и того же типа модуля, и значения должны быть одинаковыми или похожими.

Во время измерения рекомендуется измерять только емкость между затвором и эмиттером. Cies в микросхеме IGBT самые большие, Ces и Coes намного меньше, чем Cies, см. рис. 6 и 7, а точность мультиметра для измерения емкости ограничена.

Дополнительно:

(1) Подобно прямому падению напряжения VF, испытательное значение здесь отличается от испытательного значения условий испытания в техническом паспорте и может использоваться только в качестве эталонного сравнения.

(2) Если плата драйвера подключена к модулю, это повлияет на результат измерения емкости, и ее следует удалить в первую очередь.

Точность мультиметра для проверки емкости ограничена

Резюме

Простая сводка цифрового мультиметра для определения качества IGBT выглядит следующим образом:

Шаг	Положение передачи	Показать результат	Результат дискриминанта
1	Диодный файл	Падение давления FWD 0,3~0,7 В	Чип FWD нормальный
		Падение давления слишком мало	Короткое замыкание чипа FWD или IGBT
		Падение давления слишком большое	Разрыв стружки FWD или разрыв линии соединения
2	Файл сопротивления	Rce, Rge, Rgc состояние высокого сопротивления	CE, GE, GC не закорочены
		Rce, Rge, Rgc Состояние низкого сопротивления	Пробой CE, GE, GC или короткое замыкание
3	Файл конденсатора	Значение Cies составляет от нескольких нФ до десятков нФ	Обычная дверь
		Нет значения или отклонение контрастности	Поломка или отсоединение двери

Примечание: 

1.