新能源汽车维修专题-15

上节课我们讲了IGBT的基本原理，还有单个IGBT元件的测量方法。这节课我们来看一下，具体在新能源汽车的维修当中，还要学点什么呢？

之前讲过，新能源汽车上面的IGBT都是被集成为一个模块化的部件，在这些模块内部，IGBT还要通过所谓的“桥接”方式，组成整流（交流变直流）或者逆变（直流变交流）所需要的回路。

“桥接”的方式有好几种，最常见的就是“三相六臂全桥”，听上去就像是哪吒的“三头六臂”，感觉很神奇吧。它确实很厉害，被广泛用于各种无刷电机，帮助实现直流转交流的逆变功能。比如新能源汽车驱动所需要的最核心的电机控制器，就是通过这个电桥，将来自于动力电池的高压直流电（主正、主负）转为电机驱动所需的三相交流电（U、V、W）。

什么是“三相六臂全桥”？

大家好好研究一下这个“三相六臂全桥”的电路图，就可以知道它的工作原理了。整套电路结构对称规整，6颗完全一样的IGBT管，分为上下两层（上下两组桥臂），组成三组独立桥臂，对应电机U、V、W三相绕组，形成完整的全桥逆变回路，这个结构布局可总结为“上下双排、三相对应、首尾闭环”。

“三相六臂全桥”的电路图

上桥臂3颗IGBT的集电极统一并联，接入动力电池高压正极，作为电路的高压输入端，相当于三相电路的上游可控开关。下桥臂3颗IGBT的发射极统一并联，接入动力电池高压负极，作为电路的接地回流端，相当于三相电路的下游可控开关。此外，上桥臂单个IGBT的发射极和与其对应的下桥臂IGBT的集电极相连，并且分别接到U、V、W这3根相线。

具体的直流转交流的逆变过程，完全依靠对连接这些IGBT栅极的控制系统来实现。这个控制系统会按照固定相位差、固定频率，轮流控制6颗IGBT交替导通、关断。通过改变每相电路的通电时长、通电顺序和开关频率，将原本恒定不变的直流电，切割成为三组相位互差120°、幅值和频率可动态调节的正弦交流电，输送到U、V、W相线。

提醒大家注意，这个“三相六臂全桥”的IGBT模块是可控双向桥，既可以通过IGBT组成的逆变桥，实现直流转交流，也能依靠续压二极管组成的整流桥，实现交流转直流。所以它用在电机控制器上，既能行车逆变，给电机提供驱动所需的三相交流电，也能制动整流，在车辆减速时将动能转化为电能，回收反充到动力电池里面。

IGBT元件

知道了IGBT模块的原理，我们再来看看它会有什么样的故障？该怎么检修？

主要讲一下电机控制器里面的IGBT模块，它损坏后，车辆通常会出现无法上高压、READY 灯不亮、挂挡跳闸、行驶中突然动力受限、加速无力或整车顿挫失速等现象，同时车载系统会触发相关故障码。常见的故障码有：P0A1F（驱动电机性能故障）、P0A3A（逆变器性能故障），P0A00-P0A0F （高压逆变器过流短路故障）、P0A10- P0A19（电机控制器驱动电源故障）、P0A20-P0A29 （IGBT 模块过流过热及脱饱和故障），像比亚迪等车型还会报出IPM模块故障、IGBT上下桥臂故障码，部分情况下还会连带触发高压欠压、高压互锁报警故障码，若是 IGBT 已经击穿短路，还会直接烧坏高压保险，出现三相绕组对地或相间短路的情况。只要车辆报出逆变器、IPM、IGBT、过流、驱动异常等等这类相关故障，同时伴随车辆无法上电或动力异常现象，都要优先排查电机控制器内部的 IGBT 器件是否损坏。

怎么检修IGBT模块？

具体怎么排查呢？我们在整车下电之后，拆解一下电机控制器，拆下它的上盖板，就可以看到IGBT模块了。

先检查它的外观，看是否有碳化发黑、鼓包、炸裂、引脚虚接烧蚀等迹象。另外，看一下模块与散热基板的导热硅脂是否干枯、脱落、发黑，硅脂失效会导致散热不良，引发IGBT过热击穿。若有上述异常状况，可直接判定IGBT模块损坏，无需再做测量，直接更换模块即可。如果外观看不出异常，就需要通过仪器来检测，看它是否存在隐性故障。

上节课我们已经学过了单个IGBT元件的测量，我们现在就主要讲针对整个IGBT模块的检测方法。其实检测起来也很简单，就是将IGBT模块拆出来，断开所有接线，将万用表调至二极管档，先对三相桥臂的导通特性依次进行测量，具体步骤如下。

先测上桥臂，将黑表笔接高压直流正极（+），红表笔分别接触U、V、W三相端子，正常应显示0.3V-0.7V的稳定压降，这个压降实际是来自于前面提到过的续流二极管，具体的压降值就取决于这个二极管的实际参数，压降值具体是多少不重要，关键是三相的压降数值都必须基本一致，误差不能超过0.1V。测完二极管正向导通的压降值，我们再将表笔反接（黑表笔接直流负极、红表笔接U、V、W三相端子），这时候二极管处于反向截止状态，万用表就应该显示OL（无穷大）。最常见的异常情况是压降值低至0V，这表明IGBT已经被击穿短路了，还有就是三相的压降差值过大，这说明某个IGBT的性能已经出现衰减，工作时也会因此出现电流失衡、过热报错等故障。

压降在0.3V-0.7V之间

再测下桥臂，将红表笔接高压直流负极（-），黑表笔分别接触U、V、W三相端子，正常情况下同样会显示0.3V-0.7V压降。表笔反接后，也应显示OL（无穷大），故障判断标准和上面完全一样。

压降显示OL（无穷大）

通过测量IGBT模块内部续压二极管的导通状况和压降一致性，可以快速排查已较为明显、较为严重的IGBT故障，但是针对某些在高压上电状态下才会出现的隐性故障，这种测量方法就有可能测不出来了。

这时候就需要用到一个小小的耐压检测仪，通过它给IGBT模块施加一个短暂的高电压，就能依次测量各个二接管的耐压状况。将检测仪的输出电压调到1000-1400V之间，电流调节到1.7mA左右，先测上桥臂的耐压状况，将红色线夹到高压直流正极，黑色线依次夹到U、V、W三相端子，短暂按下放电按键，记录表显的最高耐压值，如果和输出电压基本一致，则说明耐压值正常，如果明显低于输出电压，那肯定有问题。测完上桥臂之后，再将黑色线夹到高压直流负极，红色线再依次夹到U、V、W三相端子，测量下桥臂的耐压值，看是否正常。

耐压检测仪

检查出IGBT有故障，又该如何维修呢？大多数情况下是需要更换整个模块，因为现在的新能源汽车更多是采用6合1的一体式封装模块，不好拆开更换单个元件。如果你只想更换内部元件而且动手能力也够强，建议把6颗IGBT全部换了，防止新旧混装参数偏差造成三相电流失衡。

学会检修电机控制器内部的IGBT模块，其他部件的IGBT也是大同小异，一通百通了。