開關(guān)電源IGBT的可靠性能解析

　　一、IGBT的簡單介紹

　　絕緣柵雙極型晶體管(簡稱“IGBT”)是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET,輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

　　若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,則MOS 截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極-發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓，只有在uA級的漏電流流過，基本上不消耗功率。

　　二、IGBT的可靠性要素

　　IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：

　　1.IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓;

　　2.IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;

　　3.流過IGBT集電極-發(fā)射極的電流;

　　4.IGBT的結(jié)溫。

　　如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅(qū)動(dòng)電壓過低，則IGBT不能穩(wěn)定正常地工作，如果過高超過柵極-發(fā)射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣，如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過集電極-發(fā)射極之間的耐壓，流過IGBT集電極-發(fā)射極的電流超過集電極-發(fā)射極允許的最大電流，IGBT的結(jié)溫超過其結(jié)溫的允許值，IGBT都可能會(huì)永久性損壞。

　　三、IGBT的檢測方法

　　1.判斷極性

　　首先將萬用表撥在R×1KΩ擋，用萬用表測量時(shí)，若某一極與其它兩極阻值為無窮大，調(diào)換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無窮大，則判斷此極為柵極(G )其余兩極再用萬用表測量，若測得阻值為無窮大，調(diào)換表筆后測量阻值較小。在測量阻值較小的一次中，則判斷紅表筆接的為集電極(C);黑表筆接的為發(fā)射極(E)。

　　2.判斷好壞

　　將萬用表撥在R×10KΩ擋，用黑表筆接IGBT 的集電極(C)，紅表筆接IGBT 的發(fā)射極(E)，此時(shí)萬用表的指針在零位。用手指同時(shí)觸及一下柵極(G)和集電極(C)，這時(shí)IGBT 被觸發(fā)導(dǎo)通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時(shí)觸及一下柵極(G)和發(fā)射極(E)，這時(shí)IGBT 被阻斷，萬用表的指針回零。此時(shí)即可判斷IGBT 是好的。

　　總之，任何指針式萬用表皆可用于檢測IGBT.注意判斷IGBT 好壞時(shí)，一定要將萬用 表撥在R×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內(nèi)部電池電壓太低，檢測好壞時(shí)不能使IGBT 導(dǎo)通，而無法判斷IGBT 的好壞。此方法同樣也可以用于檢測功率場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)的好壞。

　　四、IGBT的使用注意事項(xiàng)

　　由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu)，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達(dá)到20~30V.因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一。因此使用中要注意以下幾點(diǎn)：

　　1.在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí)，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸;在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí)，在配線未接好之前請先不要接上模塊; 盡量在底板良好接地的情況下操作。

　　2.在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來傳送驅(qū)動(dòng)信號，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。

　　3.在柵極-發(fā)射極間開路時(shí)，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過，柵極電位升高，集電極則有電流流過。這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。

　　總之，在使用IGBT的場合，當(dāng)柵極回路不正常或柵極回路損壞時(shí)(柵極處于開路狀態(tài))，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會(huì)損壞，為防止此類故障，應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。在安裝或更換IGBT模塊時(shí)，應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。