新能源汽车驱动电机及控制系统检修 课件 任务8 功率开关器件检测

驱动电机及控制系统检修任务八功率开关器件检测任务导入场景：广汽新能源汽车售后维修中心人物：维修技师小刘、客户王先生情节：王王先生的广汽GE3纯电动汽车在启动后，READY指示灯不亮，仪表提示驱动电机系统故障，并有多个故障指示灯点亮。维修技师小刘对车辆功率开关器件进行了初步检测，判断可能是IGBT模块故障。本任务将对此故障进行检测与维修。提出问题如何检测和更换功率开关器件？任务目标教学内容功率开关器件定义与分类功率开关器件工作状态、性能特点功率二极管工作原理功率二极管故障分析与检测IGBT检测任务目标能按照标准流程，使用专用工具，正确判断功率二极管工作状态。能按照标准流程，使用专用工具，正确判断IGBT工作状态。能结合车辆故障现象，使用专用工具，规范完成电机控制器IGBT功率模块的检修作业。任务实施——功率二极管检测知识讲解功率开关器件定义与分类定

义

主要用于电力设备的电能变换和控制电路的大功率电子器件。检

测

方

法按照功率或者电压、电流等级可分为小功率器件和大功率器件；按照器件的结构和工作机理可分为双极型器件、单极型器件和混合型器件；按照可控程度可分为不可控器件、半控型器件和全控型器件。任务实施——功率二极管检测知识讲解功率开关器件

功率开关器件有导通与截止两种工作状态。

器件在导通时，其导通压降很小；在截至时，其漏电流可以忽略不计。工作状态性能特点

功率开关器件的主要性能参数有导通压降、开关频率以及器件容量。任务实施——功率二极管检测知识讲解功率二极管工作原理

功率二极管与普通二极管基本相同，都是由半导体PN结构组成，具有单向导电性，在电路中起到正方向导通电流、反方向阻断电流的作用。

与普通二极管不同的是，功率二极管的PN结面积较大，因此过流能力大大增强，可以通过较大的电流，电气符号功率二极管电气符号任务实施——功率二极管检测知识讲解功率二极管工作原理

在外加正向电压的作用下，二极管在0.5V左右开始导通，此时有微弱的正向电流流过，随着正向电流的增大，功率二极管的正向压降也逐渐增大。伏安特性功率二极管伏安特性曲线

在外加反向电压时，二极管不导通，只有一个很小的反向饱和电流流过。当外加的反向电压超过二极管所能承受的最高反向电压后，二极管被击穿，反向电流迅速增加。任务实施——功率二极管检测知识讲解功率二极管工作原理

当功率二极管的外加电压由反向突然变为正向时，PN结两端要建立足够的电荷梯度之后，才开始有扩散电流形成。因此，正向电流的建立要稍微滞后于外加电压，但这个滞后时间很短，常忽略不计。为反向恢复时间，值越小，功率二极管的工作频率上限越高。开关特性功率二极管开关特性任务实施——功率二极管检测知识讲解功率二极管故障分析与检测

通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端为负极。观察色环。通常二极管上带有色环的一端为负极。极性判断二极管极性判断任务实施——功率二极管检测知识讲解功率二极管故障分析与检测

万用表二极管档检测。如果出现溢出符号“0L”，表明二极管在反向截止状态，若显示某一电压值（功率二极管为1.0~2.0V），则二极管处于导通状态。极性判断正向反向任务实施——功率二极管检测知识讲解功率二极管故障分析与检测二极管在正常状态下，使用万用表二极管档检测，红表笔接正极、黑表笔接负极，万用表读数为1.0~2.0V；反接时，万用表显示“0L”。二极管断路故障时，使用万用表二极管档检测，正接和反接的检测值均为“0L”。二极管短路或漏电损坏时，使用万用表二极管档检测，正接和反接的检测值均为零或极小。常见故障及检测技能操作操作准备任务实施——功率二极管检测新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、各类二极管、万用表工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页功率二极管检测安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——功率二极管检测任务实施——IGBT检测知识讲解定义

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种复合型器件，具有输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高、可承受电流大等特点，已成为当今车规级功率半导体器件的主流。任务实施——IGBT检测知识讲解工作原理

IGBT有3个电极，分别为栅极G、发射极E和集电极C。电气符号任务实施——IGBT检测知识讲解工作原理

IGBT的输入部分是一个MOSFET管，为MOSFET的等效调制电阻；IGBT的输出部分为PNP三极管，此外还有一个内部寄生的NPN三极管，在NPN三极管的基极与发射极之间有一个体电阻。等效电路任务实施——IGBT检测知识讲解工作原理

当栅极G与发射极E之间的外加电压UGE为0时，MOSFET内无导电沟道，其等效调制电阻可视为无穷大，此时Ic=0，MOSFET处于关断状态。当UGE足够大时，PNP晶体管饱和导电，IGBT进入开通状态。撤除UGE，则MOSFET从开通状态转入关断状态，PNP截止，IGBT也从开通状态转入关断状态。UGE=12V（大于6V，一般取12V到15V），IGBT导通；

UGE=，IGBT关断。

综上可知，栅极G与发射极E之间的电压控制IGBT的通断：任务实施——IGBT检测知识讲解工作特性

IGBT输出特性指栅极电压UGE一定时，集电极电流与集电极－发射极电压UcE的函数关系。静态特性IGBT输出特性曲线UGE=0对应的曲线表示IGBT处于关断状态。在线性导电区Ⅰ，Ic随着UcE的增大而增大；在恒流饱和区Ⅱ，Ic不在随着的增大而增大；UcE为负值时，其特性曲线类似于三极管的反向阻断特性，URM为反向阻断电压。任务实施——IGBT检测知识讲解工作特性

IGBT的转移特性指集电极电流Ic与栅极电压UGE的函数关系。当UGE小于开启电压时，等效MOSFET中不能形成导电沟道，IGBT处于关断状态；当时UGE大于开启电压时，随着UGE的增大，Ic显著上升。静态特性IGBT转移特性曲线任务实施——IGBT检测知识讲解工作特性动态特性IGBT关断过程IGBT开通过程任务实施——IGBT检测知识讲解IGBT极性判断可通过测量3个引脚间阻值判断IGBT的极性。若某一极与其他两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其他两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极（G）。其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为发射极（E）；黑表笔接的为集电极（C）。IGBT实物图任务实施——IGBT检测知识讲解IGBT极性判断序号红表笔－－黑表笔电阻值1G--E无穷大2G--C无穷大3E--G无穷大4C--G无穷大5E--C3.5KΩ左右6C--E无穷大任务实施——IGBT检测知识讲解IGBT常见故障分析（1）IGBT栅极与发射极之间的电压；（2）IGBT集电极与发射极之间的电压；（3）流过IGBT集电极－发射极的电流；（4）IGBT的结温。任务实施——IGBT检测知识讲解IGBT检测方法用二极管档判断IGBT是否损坏序号红表笔－－黑表笔检测结果1G--E断路2G--C断路3E--G断路4C--G断路5E--C0.3V左右6C--E断路任务实施——IGBT检测知识讲解IGBT检测方法

用万用表电阻档测量IGBT三个引脚间的电阻。如果测得IGBT三个引脚间电阻均很小，说明该管已经击穿损坏；若测得IGBT三个引脚间电阻均为无穷大，说明该管已经开路损坏。实际维修中，IGBT多为击穿损坏。用电阻档判断IGBT是否损坏技能操作操作准备任务实施——IGBT检测新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、各类二极管、万用表工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页IGBT检测安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——IGBT检测任务实施——IGBT功率模块检测知识讲解电机控制器功率模块IGBT功率模块共有6个IGBT，U相、V相、W相的上下桥臂各对称安装一个IGBT。连接示意图电路原理图任务实施——IGBT功率模块检测知识讲解功率模块检测方法万用表红表笔接直流正极，黑表笔接交流U极时，电压为无穷大；红表笔接交流U极，黑表笔接直流正极时，电压为0.3V左右，说明此IGBT正常。U相上桥臂IGBT检测方法任务实施——IGBT功率模块检测知识讲解功率模块检测方法万用表红表笔接交流U极，黑表笔接直流负极时，电压为无穷大；红表笔接直流负极，黑表笔接交流U极时，电压为0.3V左右，说明此IGBT正常。U相下桥臂IGBT检测方法技能操作操作准备任务实施——IGBT功率模块检测新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、各类二极管、万用表工具技能操作根据操作过程及结