新能源汽车维修专题-14

新能源汽车维修需要和更多类型的电子元器件打交道，这节课，我们就来学习一个在传统汽车维修当中接触不到的玩意儿，它就是IGBT!

对于承修传统燃油车的机电维修技师来说，日常接触最多的大概就是保险、继电器这些小的电器部件，以及各个系统的线路及插接件，知道怎么去检修断路、短路这类简单问题，基本就可以了。厉害点的技师还能修发电机、起动机、空调压缩机、鼓风机这些旋转类部件，那他就要懂得怎么去测量和更换二极管、三极管。至于涉及控制模块（ECU）内部的复杂检修活，修理厂的技师通常干不了也不需要干这些事，一般都会交给第三方的专修人员来搞定，毕竟术业有专攻。

新能源汽车的机电技师需要接触的器件就不止这些，由于存在高压直流电和交流电相互转换的需求，比如电机控制器需要把动力电池过来的高压直流电转换为电机驱动所需的三相交流电，那就需要用到能承受大电流的功率半导体器件，这个器件的名字就叫做IGBT，大家听说过吗？这节课，我们就专门来学习一下IGBT的相关知识。

IGBT示意图

IGBT占整车的成本仅次于锂电池

IGBT对于新能源汽车来说确实是非常重要，据统计，IGBT的成本约占电机驱动系统总成本的一半，而电机驱动系统又占整车成本的15%-20%，这样一算，IGBT会占到整车成本的7%-10%，所以它是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。不仅电机驱动要用到IGBT，新能源车的热泵空调系统和车载充电机（OBC）也需要用到IGBT。目前，每辆新能源车上面IGBT的总成本已经从过去的650元提升到了2000元，高端车型甚至要达到4000元以上。此外，直流快充桩的内部模块也有IGBT，因为它也要把属于交流电的市电转换为高压直流电。所以，我们一定要对IGBT重视起来。

IGBT占有很高的整车成本

IGBT的功能和继电器差不多，都是“四两拨千斤”

对了，大家一定要牢记IGBT这个英文缩写，因为行内都这样叫它，毕竟“绝缘栅双极型晶体管”这个中文全称太拗口了，没几个人能说得上来。对于很多维修人员来说，IGBT这个词很抽象，其实我们可以按它的实际功能，把它理解为一个电路开关，就和传统燃油车上面的继电器原理差不多，都是通过小电流来控制大电流的通断，从而起到“四两拨千斤”的作用。当然，IGBT比继电器可厉害多了，它除了能承受几十到几百伏的电压、几十到几百安的电流，而且切换动作极为神速，开关频率最高可达到几十kHz，也就是说，在每秒钟之内就能完成几万次的通断。因此，又猛又快，这就是IGBT的最大特点。

简单说一下IGBT的基本原理吧，它其实就是把双极型三极管（BJT）和场效应晶体管（MOS）复合集成到一起，让反应灵敏的 MOS 管来实施开关控制，让大功率的三极管来扛高电压和大电流，配合起来十分默契。虽然集成了两种器件，但是IGBT也才只有3个管脚，一个是G级（栅级），一个是C级（集电极），一个是E级（发射极）。那IGBT具体是怎么工作的呢？只要给G级（栅级）施加一个驱动正电压，C级（集电极）和E级（发射极）之间就导通了，于是大电流就可以顺利通过；当G级（栅级）这个驱动正电压撤销或者变成负电压，C级（集电极）和E级（发射极）之间就断开了，电流就被完全截止。

说了半天IGBT，这玩意到底长什么样呢？单个的IGBT元件看上去就像是一个扁平的三极管，大小和指甲盖差不多。为什么是扁平的？因为它的背面是一大块平整金属底板，需要紧贴在散热器或水冷板上，这样接触面积大，热量散得快，才能承受流经它的大电流。

IGBT的基本工作原理

不过，在新能源汽车上我们看到的IGBT，通常都是几个元件统一封装到一个方形的模块里面，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）所需的回路。“桥接”的方式有好几种，比如，驱动电机会用6管三相全桥，车载充电机OBC会用2管半桥或者4管H桥，这些内容在这里就不展开说了。

IGBT就是半导体器件

怎么检测IGBT的好坏？

了解了IGBT的工作原理，我们就来学习一下它的检测方法，先来看看单个IGBT元件的检测，非常简单，只需要用一个数字万用表就能搞定。

首先，你先要分清 IGBT 的三个引脚（G级、C级、E级），比如普通的IGBT单管（黑色塑封、背面金属散热片），把有字的正面朝向自己，引脚朝下，从左到右通常就是G级、C级、E级。将万用表打到二极管的测量档位，你试着用表笔分别连接中间的C级和元件背面的金属表面，它肯定是导通的，因为C级作为承受大电流的发射极，它最需要散热，所以C级一定是和散热面直连的。然后，随意用红黑表笔分别测量G级对C级、G级对E级，正常情况下正反测量都应呈绝缘状态，阻值无穷大不导通，一旦出现有阻值或蜂鸣导通，就说明栅极已静电击穿损坏。

IGBT实物

接着我们要测量C级和E级之间，红笔接E级、黑笔接C级 时，应不导通无压降，红笔接C级、黑笔接E级时，应有 0.45-0.7V 左右的二极管压降，这是因为在IGBT内部E到C之间有个续流二极管，如果 C级、E级两脚正反直通无压降，那就表明IGBT内部已击穿短路，若反向测量没有二极管压降，则代表内部E到C的续流二极管已开路损坏。总之，只要满足G对另外两脚完全绝缘，C、E 之间符合正向截止、反向有 0.45-0.7V的压降，就是完好的IGBT。如果任意两脚出现直通短路，都可直接判定IGBT已损坏。

上面说的是单个IGBT元件的测量方法，但是前面也说过，新能源汽车上的IGBT更多是模块化设计，那检修起来又有什么不同呢？留到下节课我们再来好好研究。