Tester un IGBT : méthode de diagnostic

Q: Peut-on remplacer un IGBT par une autre référence ?

Oui, si l’équivalent a une tension VCES et un courant IC au moins égaux, une VCE(sat) au plus égale, une diode intégrée si l’original en avait une, une charge de grille et des temps de commutation proches, et le même boîtier.

Électronique de puissance

L’IGBT, l’interrupteur des variateurs

L’IGBT, transistor bipolaire à grille isolée, se commande en tension comme un MOSFET et conduit les forts courants comme un transistor bipolaire. C’est lui qui découpe la tension du bus continu dans les variateurs de fréquence, les cartes moteur des tapis de course à moteur triphasé, les onduleurs, les alimentations de forte puissance, les postes de soudage et les plaques à induction.

Quand il lâche, le symptôme est souvent brutal : fusible ou disjoncteur qui saute, défaut de surintensité, moteur qui vibre ou perd une phase. Le multimètre trouve les courts-circuits francs, mais il ne dit presque rien de la capacité de l’IGBT à commuter sous charge. Voici comment tester un IGBT sur banc, étape par étape, et ce que chaque mesure permet réellement de conclure.

Bus continu vérifié hors tension avant la moindre mesure

Un IGBT sain ne conduit pas sous la seule tension du multimètre

Sur la carte, une lecture anormale reste un indice à confirmer

Un IGBT détruit a presque toujours une cause : driver, moteur, refroidissement

Mesure au multimètre sur une carte de puissance dans l’atelier Maestro Wellness

Avant toute mesure

Bus continu : les règles qui ne se discutent pas

Un variateur garde une tension dangereuse bien après sa mise hors tension. Ces règles passent avant tout diagnostic.

325 V à 565 V sur le bus

Alimenté en 230 V monophasé, un variateur porte son bus continu à environ 325 V ; en 400 V triphasé, à environ 565 V, et davantage pendant le freinage.

Attendre, puis mesurer

Après consignation, respecter le délai de décharge du fabricant, souvent imprimé sur l’appareil, puis mesurer entre P et N (ou DC+ et DC−) avec un voltmètre de catégorie adaptée.

Décharger sans court-circuit

Si la tension reste élevée, la faire tomber avec une résistance de forte puissance tenue par des pointes isolées. Jamais d’outil métallique entre P et N : l’arc arrache les pistes et peut blesser.

Débrancher moteur et freinage

Moteur, résistance de freinage et charges externes débranchés : leurs bobinages faussent les lectures, et un moteur qui tourne encore peut renvoyer de la tension.

Électricité statique et oscilloscope : la grille d’un IGBT est isolée par un oxyde très fin qu’une décharge électrostatique perce sans laisser de trace. Bracelet antistatique, mousse conductrice ou shunt G-E d’origine sont conservés jusqu’au montage. Sur un variateur sous tension, jamais de masse d’oscilloscope sur un point de puissance : la sonde différentielle haute tension est obligatoire.

Repères

Boîtiers, modules et brochage

Toujours partir de la référence gravée sur le composant et de sa fiche technique : les brochages ci-dessous sont les plus courants, pas une règle.

Boîtier TO-247

Broche 1 grille, 2 collecteur, 3 émetteur. Le dos métallique est relié au collecteur, d’où l’isolant placé entre le boîtier et le dissipateur.

Avec ou sans diode

La plupart des IGBT de variateur intègrent une diode antiparallèle. Sans elle, la mesure C-E donne OL dans les deux sens, et c’est normal.

TO-247 et TO-3P

Les IGBT discrets des variateurs et des cartes moteur, montés sur dissipateur avec un isolant.

TO-247 à quatre pattes

Une patte d’émetteur Kelvin réservée à la commande. L’ordre des broches varie : fiche technique obligatoire.

TO-220 et D2PAK

Petits IGBT : la languette ou la grande pastille soudée correspond au collecteur.

Module demi-pont

Deux IGBT en série avec leurs diodes, soit un bras complet : bornes C1, C2E1 et E2, picots G1, E1, G2 et E2.

Module six-en-un

Les six IGBT d’un onduleur triphasé dans un même boîtier, bornes P, N, U, V et W.

Module PIM

Pont redresseur, onduleur et IGBT de freinage réunis, souvent avec une sonde de température CTN.

Au multimètre

Tester un IGBT en mode diode

Le mode diode fait passer environ 1 mA sous quelques volts : assez pour lire la diode et repérer un court-circuit, pas pour faire conduire l’IGBT.

Sens passant : la diode

Rouge sur l’émetteur, noire sur le collecteur : la diode antiparallèle affiche environ 0,3 à 0,7 V. Les gros modules descendent parfois sous 0,3 V.

Sens bloqué

Rouge sur le collecteur, noire sur l’émetteur, grille déchargée : OL. Une valeur basse qui persiste après décharge de la grille signale un court-circuit ou une fuite.

Valeurs de référence, IGBT hors circuit

Réglage : test de diode

G-E, deux sens : OL
G-C, deux sens : OL
C-E, rouge sur E : 0,3 à 0,7 V avec diode intégrée, OL sans diode
C-E, rouge sur C, grille déchargée : OL

Une valeur basse ou nulle entre la grille et une autre broche signale une grille percée : l’IGBT est à remplacer.

IGBT ou MOSFET : ce qui change

Les différences utiles au diagnostic

Seuil de grille : 4 à 7 V environ, contre 2 à 4 V pour un MOSFET standard
Au multimètre : l’IGBT ne devient généralement pas passant, un MOSFET souvent si
Conduction : jamais sous 0,5 V environ, on mesure V_CE(sat) et non une résistance
Diode : seulement si elle est intégrée ou ajoutée sur la carte

Un IGBT passant garde toujours une chute de quelques centaines de millivolts : 0,000 V dans les deux sens, hors circuit, c’est un court-circuit.

Sur la carte

Tester un IGBT sur la carte : six contrôles

Carte hors tension et bus vérifié, ces contrôles orientent le diagnostic sans rien dessouder.

Sécuriser

Bus continu vérifié à 0 V, moteur, résistance de freinage et charges externes débranchés.

Inspecter

Boîtier fissuré, traces de chauffe, résistance de grille brûlée, condensateur d’amortissement gonflé, soudures fendues.

Mesurer C-E

Grille déchargée, en mode diode, dans les deux sens. Sur un variateur, plus vite depuis les bornes du bus.

Contrôler la grille

G-E et G-C dans les deux sens. Sur la carte, la résistance G-E et les Zener donnent une lecture : comparer.

Remonter au driver

Résistances de grille, alimentation isolée du driver, diode de désaturation (DESAT), optocoupleur.

Comparer, puis isoler

Les six IGBT d’un pont sont identiques : ils servent de référence. Le doute se lève hors circuit.

Grille-émetteur

OL dans les deux sens hors circuit. Sur la carte, la résistance G-E du driver, souvent de l’ordre de 10 kΩ, donne une valeur stable et identique dans les deux sens.

Grille-collecteur

OL dans les deux sens. Une valeur basse, confirmée hors circuit, signe une grille percée, souvent après un court-circuit de puissance.

Variateur de fréquence

Les trois bras du pont, sans démonter la carte

Dans un variateur triphasé, chaque sortie moteur U, V et W est reliée au bus continu par deux IGBT : celui du haut vers P (+), celui du bas vers N (−), chacun avec sa diode antiparallèle.

Moteur débranché et bus vérifié, le mode diode lit ces diodes depuis les bornes de puissance : une sortie à 0 V vers P ou vers N désigne le bras en court-circuit avant même d’ouvrir l’appareil.

Rouge sur la sortie, noire sur P : diode du haut, 0,3 à 0,5 V environ

Rouge sur N, noire sur la sortie : diode du bas, même ordre de grandeur

Sens inverse : OL, parfois après une montée lente

U, V et W doivent donner des valeurs voisines

Pont onduleur triphasé

Rouge sur W, noire sur P : la diode de l’IGBT du haut conduit, le multimètre affiche environ 0,4 V.

Bras du haut

Entre chaque sortie et P

Rouge sur la sortie, noire sur P : 0,3 à 0,5 V
Rouge sur P, noire sur la sortie : OL
0 V dans les deux sens : IGBT ou diode du haut en court-circuit
OL dans les deux sens : diode coupée

Bras du bas

Entre chaque sortie et N

Rouge sur N, noire sur la sortie : 0,3 à 0,5 V
Rouge sur la sortie, noire sur N : OL
0 V dans les deux sens : IGBT ou diode du bas en court-circuit
OL dans les deux sens : diode coupée

Pont redresseur d’entrée

Entre R, S, T (ou L1, L2, L3) et P, N

Rouge sur l’entrée, noire sur P : 0,4 à 0,6 V
Rouge sur N, noire sur l’entrée : 0,4 à 0,6 V
Sens inverses : OL

Un fusible d’entrée coupé ne se remplace qu’après ce contrôle et celui des trois bras.

Hacheur de freinage

Borne B ou BR, avec P et N

Diode vers P, IGBT vers N : lectures comparables à un bras, selon le schéma du fabricant
Référence : fiche du variateur ou appareil identique

La résistance de freinage se contrôle à part, débranchée, à l’ohmmètre.

Limite du test : ce contrôle trouve les courts-circuits francs et les diodes coupées. Il ne dit rien de la capacité d’un IGBT à commuter : un bras correct au multimètre peut encore défaillir en charge.

Modules de puissance

Contrôler un module demi-pont ou six-en-un

Un module réunit plusieurs IGBT et leurs diodes sur une semelle isolée : les bornes vissées portent la puissance, les picots relient chaque grille au driver.

Vue de dessus

Bornes C1, C2E1 et E2 pour la puissance, picots G1-E1 et G2-E2 pour la commande.

Schéma interne

Deux IGBT en série : la sortie du bras se trouve au point milieu C2E1.

Préparer le module

Barres de puissance et connecteur du driver débranchés. Le shunt G-E d’origine ne se retire que le temps des mesures de grille.

IGBT du haut

Rouge sur C2E1, noire sur C1 : la diode, autour de 0,3 à 0,5 V. Pointes inversées : OL. Grille G1-E1 : OL dans les deux sens.

IGBT du bas

Rouge sur E2, noire sur C2E1 : la diode. Pointes inversées : OL. Grille G2-E2 : OL dans les deux sens.

Sonde CTN et isolement

La CTN intégrée se compare à la fiche à température ambiante, par exemple 5 kΩ à 25 °C sur de nombreux modules. Entre les bornes et la semelle : OL.

Un seul IGBT en défaut ? Le module se remplace en entier, et les deux drivers du bras se contrôlent : un court-circuit de bras peut endommager les deux commandes. Un module six-en-un ou un PIM se teste comme un variateur complet, sur ses bornes P, N, U, V et W.

Isoler le composant

Quelle patte lever sur un TO-247 ?

Le collecteur sort deux fois, par la patte centrale et par le dos métallique : lever la mauvaise patte ne prouve rien.

Patte C levée : non concluant

Le collecteur reste relié au circuit par le dos métallique dès que le dissipateur est raccordé sans isolant.

Patte E levée : isolé

Relier un instant G à la patte levée pour décharger la grille, puis mesurer C-E entre la patte E et la patte C.

Isoler la grille

Lever la patte G : la résistance G-E et le driver ne faussent plus la mesure de grille.

Vérifier l’isolement

Contrôler à l’ohmmètre que la patte levée ne touche plus son nœud avant de conclure.

Modules à bornes vissées

Débrancher les barres de puissance et le connecteur de commande : rien n’est à dessouder.

Avant la remise sous tension

Patte ressoudée, isolant en place, dissipateur serré au couple : jamais d’essai avec une patte levée.

Hors circuit

Tester un IGBT hors circuit avec une pile 9 V

La tension du multimètre ne franchit pas le seuil de grille : une pile 9 V charge la grille, le multimètre vérifie ensuite la conduction.

1. Décharger

Un pont entre G et E, un instant.

2. Mesurer C-E

Rouge sur C, noire sur E : OL, l’IGBT est bloqué.

3. Charger la grille

Pile 9 V, plus sur G et moins sur E, une seconde.

4. Remesurer C-E

0,5 à 0,8 V environ : l’IGBT conduit. Un nouveau pont G-E doit ramener OL.

Si la conduction disparaît seule

Une lecture qui remonte vers OL en quelques secondes, sans que G et E aient été reliés, trahit une fuite de grille.

Si rien ne conduit à 9 V

Certains IGBT demandent davantage : refaire l’essai à 15 V, avec une résistance série de 100 Ω à 1 kΩ, une résistance de rappel G-E de 10 kΩ et une lampe ou une résistance de charge entre C et E.

Les limites à respecter

Ne jamais dépasser V_GES, généralement ±20 V. V_GE(th) n’est que le seuil de début de conduction : la pleine conduction est spécifiée à 15 V.

La grille garde sa charge

Toucher la grille du doigt ou d’une pointe suffit à la charger : un IGBT sain peut alors sembler en court-circuit. Toujours décharger avant de conclure.

Essai sous charge

Mesurer V_CE(sat), sous un vrai courant

Sur composant dessoudé, en basse tension : alimentation isolée limitée en courant, charge résistive de puissance, grille commandée à la tension de la fiche technique, généralement 15 V. Le voltmètre se branche directement sur les pattes C et E pour ne pas compter la chute des fils.

Contrairement au MOSFET, on ne calcule pas de résistance : on compare la tension V_CE mesurée à la courbe V_CE en fonction de I_C de la fiche, au même V_GE et à la même température. Le meilleur repère reste un IGBT neuf de même référence, mesuré dans les mêmes conditions.

1,25 V à 10 A : conforme si la fiche annonce environ 1,2 V

2,10 V à 10 A sur la même référence : IGBT dégradé

Essais brefs : à 10 A, le composant dissipe déjà plus de 10 W

Mesure à froid : V_CE(sat) varie avec la température

Montage de principe

Alimentation limitée en courant, charge, ampèremètre en série, commande de grille par R_G et R_GE, voltmètre aux pattes.

Limites

Ce que le test statique ne révèle pas

Un IGBT peut réussir tous les contrôles au multimètre et lâcher en service. Voici pourquoi.

Commutation haute fréquence

Invisible hors découpage

Temps de montée ou de descente anormaux, pertes de commutation, oscillations : ils n’existent qu’en PWM, à plusieurs kilohertz.

Défaut sous charge

Le multimètre ne débite qu’environ 1 mA

V_CE(sat) excessif ou conduction dégradée quand le courant monte à plusieurs ampères, voire plusieurs centaines.

Panne à chaud

La mesure se fait à froid

Dégradation interne ou contact intermittent qui n’apparaît qu’en température, après quelques minutes de fonctionnement.

Fuite à haute tension

Quelques volts contre des centaines

Isolement C-E correct sous la tension du multimètre, mais courant de fuite excessif à la tension de service.

Grille et commande dynamique

Visible seulement à la tension de commande

Fuite de grille à 15 V, charge de grille anormale, driver trop faible ou résistance de grille qui a dérivé.

Diode de roue libre

La chute directe ne dit pas tout

Diode antiparallèle dégradée en recouvrement inverse : échauffement et surtensions au blocage, malgré une lecture correcte.

Connexions internes du module

Usure par cycles thermiques

Fils de bonding décollés, brasures fatiguées : des défauts intermittents qui suivent les cycles de chauffe et de refroidissement.

Protection et circuit voisin

En dehors du composant

Protection DESAT, condensateurs d’amortissement, alimentation du driver ou mesure de courant défaillants : l’IGBT neuf claquera de nouveau.

Tests statiques conformes ≠ IGBT certifié bon. Formulation à retenir pour un rapport : « Aucun défaut franc détecté au multimètre, dans les conditions de mesure. » Si la panne persiste : contrôler le driver, puis mesurer en dynamique V_GE, V_CE, le courant, la température et V_CE(sat).

Diagnostic rapide

Ce que vous observez, ce que cela indique

Les situations les plus fréquentes sur variateur et carte moteur, avec la vérification qui suit.

Une sortie à 0 V vers P ou N, dans les deux sens

IGBT ou diode du bras en court-circuit

Isoler le module ou le composant pour confirmer, puis chercher pourquoi il a claqué.

Diode dans un sens, OL dans l’autre

Normal au test statique

Passer à la grille, à la commande et, si la panne persiste, à l’essai sous charge.

Lecture qui monte lentement vers OL

Condensateurs du bus qui se chargent

Comportement normal : attendre la stabilisation avant de conclure.

Fusible ou disjoncteur qui saute à la mise sous tension

Redresseur, IGBT ou condensateur du bus en court-circuit

Tester le pont d’entrée et les trois bras avant tout nouvel essai.

Défaut de surintensité au démarrage du moteur

IGBT, driver, câble ou moteur à la masse

Moteur débranché, contrôler son isolement au mégohmmètre, puis les signaux de grille.

Moteur qui vibre ou perd une phase

Un bras ne commute plus

Vérifier à l’oscilloscope, avec une sonde différentielle, les signaux de grille et l’alimentation de chaque driver.

Bon à froid, défaut à chaud

Problème thermique

Pâte thermique, ventilateur, serrage, sonde CTN : contrôler le refroidissement avant le composant.

IGBT neuf détruit à la remise sous tension

Cause d’origine non traitée

Driver, moteur, freinage ou isolant : reprendre le diagnostic avant de remonter une pièce.

Après le remplacement

Un IGBT claque rarement seul

Remplacer le composant sans chercher la cause, c’est préparer la panne suivante dès la remise en service.

Changer le bras entier

Les deux IGBT d’un même bras, ou le module complet, par une référence identique : celui qui reste a encaissé le même court-circuit.

Contrôler chaque driver

Alimentations isolées (par exemple +15 V à la conduction, 0 V ou une tension négative au blocage), résistances de grille, Zener G-E, diode DESAT, optocoupleur.

Choisir un équivalent

V_CES et I_C au moins égaux, V_CE(sat) au plus égal, diode intégrée si l’original en avait une, charge de grille et temps de commutation proches, même boîtier.

Soigner le montage

Isolant neuf, pâte thermique en couche fine, serrage au couple de la fiche, puis contrôle à l’ohmmètre de l’isolement entre dos métallique et dissipateur.

Remettre sous tension progressivement

Alimentation limitée ou lampe série quand la carte le permet, moteur débranché, puis charge croissante en surveillant la température.

Contrôler le côté machine

Isolement du moteur au mégohmmètre, câble et connexions ; sur un tapis de course, usure de la bande et du plateau, lubrification, et courant moteur comparé aux valeurs du fabricant.

Entraînement

Que concluez-vous de ces mesures ?

Six situations d’atelier sur IGBT et variateurs. Réfléchissez, puis ouvrez la réponse.

Variateur débranché, la sortie V affiche 0,000 V vers N, dans les deux sens. Que conclure ?

Le bras du bas de la phase V est en court-circuit : IGBT ou diode. Les deux composants du bras, ou le module, se remplacent, puis on cherche la cause, souvent un court-circuit côté moteur ou un driver défaillant.

Un IGBT dessoudé affiche OL entre collecteur et émetteur dans les deux sens. Est-il coupé ?

Pas forcément. Sans diode intégrée, c’est la lecture normale : la fiche technique le précise. L’essai à la pile 9 V vérifie ensuite qu’il commute.

Après la pile 9 V, C-E affiche 0,62 V, puis remonte seul vers OL en quelques secondes.

La grille ne garde pas sa charge : fuite de grille probable. Sur un IGBT sain, la conduction se maintient jusqu’à ce que G et E soient reliés.

La diode d’un gros module affiche 0,25 V, contre 0,45 V sur un IGBT discret. Le module est-il en défaut ?

Non : les diodes de forte puissance ont une chute plus faible au courant du multimètre. Le bon repère est la comparaison avec les autres diodes du même module.

Toutes les mesures du pont sont correctes, mais le variateur déclenche en surintensité dès que le moteur démarre.

Le test statique ne prouve pas que les IGBT commutent. Contrôler l’isolement du moteur et de son câble, puis les signaux de grille et la protection DESAT, et mesurer V_CE(sat) si le doute reste.

Le fusible d’entrée a fondu. Peut-on remettre sous tension après l’avoir remplacé ?

Non. Un fusible fond parce qu’un courant anormal l’a traversé : contrôler d’abord le pont redresseur, les trois bras et les condensateurs du bus. Remis tel quel, le nouveau fusible fondra à son tour et la panne peut s’étendre.

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Questions fréquentes

Tester un IGBT : vos questions

Comment tester un IGBT au multimètre ?

Carte hors tension et bus vérifié, en mode diode : G-E et G-C doivent afficher OL dans les deux sens. Entre collecteur et émetteur, la diode intégrée donne environ 0,3 à 0,7 V avec la pointe rouge sur l’émetteur, et OL dans l’autre sens, grille déchargée. Une lecture proche de 0 V dans les deux sens signale un court-circuit.

Pourquoi un IGBT ne devient-il pas passant au multimètre ?

Parce que son seuil de grille, de 4 à 7 V environ, dépasse en général la tension que délivre un multimètre en mode diode. Pour tester un IGBT jusqu’à la commutation, on charge la grille avec une pile 9 V ou une alimentation de 15 V, puis on remesure entre collecteur et émetteur.

Un IGBT peut-il être bon au multimètre et pourtant défectueux ?

Oui. Le multimètre débite environ 1 mA sous quelques volts, à froid et sans découpage : il ne voit ni une tension de saturation excessive sous charge, ni une fuite à haute tension, ni un défaut de commutation, ni une panne qui n’apparaît qu’à chaud.

Comment savoir si un module IGBT est en court-circuit ?

Bus vérifié hors tension et moteur débranché, en mode diode depuis les bornes : chaque sortie U, V et W doit montrer une diode vers P et une diode depuis N, et OL en sens inverse. Une lecture voisine de 0 V dans les deux sens désigne le bras en court-circuit.

Quelle est la différence entre un IGBT et un MOSFET ?

Les deux se commandent en tension par une grille isolée. Le MOSFET conduit comme une résistance et excelle aux fréquences élevées sous tension modérée ; l’IGBT garde une chute de tension minimale mais tient mieux les fortes tensions et les forts courants, d’où sa place dans les variateurs et les onduleurs.

Pourquoi un IGBT neuf claque-t-il à la remise sous tension ?

Parce que la cause de la première panne est toujours là : driver défaillant, alimentation de grille absente, moteur ou câble à la masse, freinage en court-circuit, ou montage sans isolant. Il faut la trouver avant de remonter un composant.

Peut-on remplacer un IGBT par une autre référence ?

Oui, si l’équivalent a une tension V_CES et un courant I_C au moins égaux, une V_CE(sat) au plus égale, une diode intégrée si l’original en avait une, une charge de grille et des temps de commutation proches, et le même boîtier.

Réparez-vous les variateurs et les cartes à IGBT ?

Oui. Variateurs, cartes moteur et alimentations de puissance sont diagnostiqués sur banc et réparés au composant, toutes marques, pour les professionnels de toute la France, avec envoi postal. Maestro Wellness reste votre interlocuteur unique, et le diagnostic est chiffré par devis avant l’envoi de la carte.

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Contenu pédagogique : les valeurs citées sont des ordres de grandeur, à confronter à la fiche technique de chaque composant. Les essais sous tension sur variateur relèvent d’une personne qualifiée, équipée du matériel adapté. Schémas de principe.

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