Kiểm tra và sửa chữa mạch công suất IGBT trong biến tần

Mạch công suất IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) đóng vai trò là "trái tim" của biến tần, đảm nhiệm việc chuyển đổi điện áp DC thành AC để điều khiển tốc độ động cơ. IGBT kết hợp đặc tính điều khiển dễ dàng của MOSFET và khả năng chịu dòng lớn của BJT, giúp nâng cao hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

Tuy nhiên, do thường xuyên làm việc ở tần số cao, dòng điện lớn và trong môi trường khắc nghiệt, IGBT rất dễ hư hỏng nếu không được kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ.

1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch công suất IGBT

Một mạch công suất điển hình trong biến tần thường bao gồm:

• Cụm IGBT: Thường được cấu thành từ 6 transistor IGBT xếp theo cấu hình cầu 3 pha.

• Điốt chống ngược (Freewheeling Diode): Gắn song song với IGBT để bảo vệ khi xảy ra dòng điện ngược.

• Bo điều khiển (Driver Board): Điều khiển việc đóng/ngắt IGBT theo tín hiệu từ vi điều khiển trung tâm.

• Tản nhiệt & cảm biến nhiệt độ: Bảo vệ mạch khỏi quá nhiệt.

Nguyên lý hoạt động: IGBT được điều khiển đóng ngắt luân phiên theo chu kỳ, tạo ra xung PWM để tái tạo dòng xoay chiều ba pha. Tần số và độ rộng xung được điều chỉnh linh hoạt để thay đổi tốc độ động cơ.

Xem thêm: Quy trình sửa biến tần

2. Dấu hiệu nhận biết mạch IGBT gặp lỗi

Một số biểu hiện thường thấy khi mạch công suất IGBT hỏng:

• Biến tần không khởi động, báo lỗi OC (Over Current) hoặc SC (Short Circuit).

• Cầu chì nguồn hoặc CB bị ngắt ngay khi cấp điện.

• Biến tần hoạt động bất thường, động cơ không quay hoặc quay không đều.

• Có tiếng nổ nhỏ hoặc mùi khét từ bo mạch.

• Kiểm tra thấy tụ lọc nguồn vẫn tốt, nhưng có dấu hiệu chập ở phần mạch công suất.

3. Các nguyên nhân khiến mạch IGBT bị hỏng

Một số nguyên nhân chính bao gồm:

• Quá dòng hoặc ngắn mạch tải: Khi động cơ bị kẹt cơ học hoặc chạm đất, dòng tăng đột biến làm hỏng IGBT.

• Nhiệt độ cao kéo dài: Làm giảm tuổi thọ IGBT và dẫn đến chập nội bộ.

• Driver lỗi: Khi mạch điều khiển đóng/ngắt không chuẩn, dẫn đến hiện tượng “mở đồng thời” (shoot-through).

• Nguồn điện không ổn định: Gây áp đột biến hoặc điện áp vượt mức cho phép.

• Tụ điện lão hóa: Tụ yếu khiến điện áp DC bus dao động lớn, ảnh hưởng đến mạch công suất.

4. Các bước kiểm tra mạch công suất IGBT

Việc kiểm tra cần được thực hiện cẩn thận, tránh gây đoản mạch hoặc làm hỏng thêm các linh kiện.

Bước 1: Chuẩn bị thiết bị

• Đồng hồ vạn năng (có chức năng đo diode).

• Mỏ hàn, máy hút thiếc (nếu cần tháo linh kiện).

• Kính lúp kiểm tra chân hàn, bo mạch.

• Nguồn DC test (tùy chọn).

Bước 2: Kiểm tra trực tiếp trên mạch

• Rút toàn bộ nguồn cấp và xả hết điện áp trong tụ DC bus trước khi thao tác.

• Đặt đồng hồ ở thang đo diode.

• Đo giữa các chân Collector (C) và Emitter (E) của từng IGBT:

  • Ngược chiều: thường sẽ có giá trị ~0.3V–0.7V.

  • Thuận chiều: thường không dẫn điện.

• Nếu dẫn cả 2 chiều hoặc đo bằng 0 Ω ⇒ IGBT bị chập.

• Đo từ Gate (G) sang Emitter (E):

  • Nếu có điện trở thấp (dưới vài trăm Ω) ⇒ có thể bị rò.

Bước 3: Kiểm tra IGBT đã tháo rời

Nếu cần chính xác hơn, hãy tháo IGBT ra khỏi mạch và kiểm tra:

• Dùng nguồn test kích tín hiệu vào chân G, đo sự đóng/mở của dòng từ C sang E.

• Nếu không đóng/mở đúng khi kích ⇒ IGBT lỗi.

Bước 4: Kiểm tra mạch Driver

• Dùng dao động ký hoặc đồng hồ kiểm tra tín hiệu từ bo điều khiển đến chân Gate.

• Kiểm tra điện trở, tụ lọc và IC opto trong mạch driver.

5. Hướng dẫn sửa chữa mạch công suất IGBT

Khi xác định IGBT bị lỗi, bạn nên tiến hành sửa chữa theo các bước sau:

Bước 1: Tháo IGBT hỏng

• Dùng máy hút thiếc để gỡ sạch chân hàn của IGBT.

• Làm sạch bo mạch và kiểm tra đường mạch in có bị cháy hay không.

Bước 2: Chọn IGBT thay thế phù hợp

• Tham khảo mã linh kiện cũ hoặc sơ đồ nguyên lý.

• Chọn IGBT có điện áp chịu được và dòng tương đương hoặc cao hơn.

• Ưu tiên hàng chính hãng như Fuji, Infineon, Semikron, Mitsubishi.

Bước 3: Hàn lại IGBT mới

• Hàn chắc chắn các chân, không để hở, lệch vị trí.

• Dùng keo tản nhiệt và bắt vít chắc chắn vào khối tản nhiệt.

Bước 4: Kiểm tra hoạt động

• Kiểm tra lại toàn bộ mạch trước khi cấp điện.

• Dùng nguồn giả lập test tín hiệu trước, sau đó mới cấp nguồn thật.

• Theo dõi dòng tải, điện áp và nhiệt độ sau khi hoạt động.

6. Một số lưu ý quan trọng khi sửa IGBT

• Luôn đảm bảo an toàn điện, không làm việc khi còn điện áp trong tụ.

• Không test IGBT bằng nguồn cao áp nếu không có kinh nghiệm.

• Thay theo cặp hoặc cả bộ IGBT để đảm bảo cân bằng pha.

• Luôn kiểm tra nguyên nhân gốc gây hư hỏng trước khi thay.

7. Dịch vụ sửa mạch IGBT tại HL Auto

Với đội ngũ kỹ thuật có kinh nghiệm lâu năm và đầy đủ thiết bị đo kiểm chuyên sâu, HL Auto chuyên:

• Kiểm tra, thay thế cụm IGBT chất lượng cao.

• Khắc phục lỗi OC, SC, E.LU… do mạch công suất.

• Bảo hành rõ ràng – Cam kết không phát sinh chi phí ẩn.

• Sửa biến tần tận nơi hoặc nhận sửa toàn quốc.

Kết luận

Mạch công suất IGBT là bộ phận quan trọng và cũng dễ hỏng nhất trong biến tần. Việc kiểm tra và sửa chữa đúng kỹ thuật không chỉ giúp khôi phục thiết bị mà còn nâng cao tuổi thọ hệ thống điện. Nếu bạn không chắc chắn trong quá trình xử lý, hãy liên hệ HL Auto để được hỗ trợ chuyên nghiệp.