IGBT場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理及檢測(cè)方法

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又稱絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 其輸入極為MOSFET,輸出極為PNP晶體管,因此,可以把其看作是MOS輸入的達(dá)林頓管。它融合了MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，具備易于驅(qū)動(dòng)、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開(kāi)關(guān)頻率高 (10-40 kHz) 等特點(diǎn)，已逐步取代晶閘管和GTO（門(mén)極可關(guān)斷晶閘管），是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件。廣泛應(yīng)用于小體積、高效率的變頻電源、電機(jī)調(diào)速、 UPS 及逆變焊機(jī)當(dāng)中。

1. IGBT的工作原理

IGBT由柵極（G）、發(fā)射極（E）和集電極（C）三個(gè)極控制。如圖1，IGBT的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。由圖2可知,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MOSFET截止,切斷PNP晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。

圖1 IGBT 結(jié)構(gòu)圖

圖2 IGBT電氣符號(hào)（左）與等效的電路圖（右）

如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低則IGBT不能穩(wěn)定的工作，如果過(guò)高甚至超過(guò)柵極—發(fā)射極之間的耐壓，則IGBT可能會(huì)永久損壞。同樣，如果IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓超過(guò)允許值，則流過(guò)IGBT的電流會(huì)超限，導(dǎo)致IGBT的結(jié)溫超過(guò)允許值，此時(shí)IGBT也有可能會(huì)永久損壞。

2. IGBT極性判斷

對(duì)IGBT進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)選用指針式萬(wàn)用表。首先將萬(wàn)用表?yè)艿絉×1KΩ檔，用萬(wàn)用表測(cè)量各極之間的阻值，若某一極與其它兩極阻值為無(wú)窮大，調(diào)換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無(wú)窮大，則此極為柵極（G）。再用萬(wàn)用表測(cè)量其余兩極之間的阻值，若測(cè)得阻值為無(wú)窮大，調(diào)換表筆后阻值較小，當(dāng)測(cè)量阻值較小時(shí)，紅表筆接觸的為集電極（C），黑表筆接觸的為發(fā)射極（E）。

圖3 IGBT實(shí)物圖

3. IGBT好壞的判斷

判斷IGBT好壞時(shí)必須選用指針式萬(wàn)用表（電子式萬(wàn)用表內(nèi)部電池電壓太低），也可以使用9V電池代替。首先將萬(wàn)用表?yè)艿絉×10KΩ檔（R×1KΩ檔時(shí)，內(nèi)部電壓過(guò)低，不足以使IGBT導(dǎo)通），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(wàn)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(wàn)用表的指針明顯擺動(dòng)并指向阻值較小的方向并能維持在某一位置。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(wàn)用表的指針回零。在檢測(cè)中以上現(xiàn)象均符合，可以判定IGBT是好的，否則該IGBT存在問(wèn)題。