IGBT場效應管的工作原理及檢測方法

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(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 其輸入極為MOSFET,輸出極為PNP晶體管,因此,可以把其看作是MOS輸入的達林頓管。它融合了MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，具備易于驅動、峰值電流容量大、自關斷、開關頻率高 (10-40 kHz) 等特點，已逐步取代晶閘管和GTO（門極可關斷晶閘管），是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件。廣泛應用于小體積、高效率的變頻電源、電機調速、 UPS 及逆變焊機當中。

1. IGBT的工作原理

IGBT由柵極（G）、發(fā)射極（E）和集電極（C）三個極控制。如圖1，IGBT的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關斷。由圖2可知,若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅動正電壓,則MOSFET導通,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 結構圖

圖2 IGBT電氣符號（左）與等效的電路圖（右）

如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅動電壓過低則IGBT不能穩(wěn)定的工作，如果過高甚至超過柵極—發(fā)射極之間的耐壓，則IGBT可能會永久損壞。同樣，如果IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓超過允許值，則流過IGBT的電流會超限，導致IGBT的結溫超過允許值，此時IGBT也有可能會永久損壞。

2. IGBT極性判斷

對IGBT進行檢測時，應選用指針式萬用表。首先將萬用表撥到R×1KΩ檔，用萬用表測量各極之間的阻值，若某一極與其它兩極阻值為無窮大，調換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無窮大，則此極為柵極（G）。再用萬用表測量其余兩極之間的阻值，若測得阻值為無窮大，調換表筆后阻值較小，當測量阻值較小時，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實物圖

3. IGBT好壞的判斷

判斷IGBT好壞時必須選用指針式萬用表（電子式萬用表內部電池電壓太低），也可以使用9V電池代替。首先將萬用表撥到R×10KΩ檔（R×1KΩ檔時，內部電壓過低，不足以使IGBT導通），用黑表筆接IGBT的集電極（C）,紅表筆接IGBT的發(fā)射極（E），此時萬用表的指針在零位。用手指同時觸及一下柵極（G）和集電極（C），這時IGBT被觸發(fā)導通，萬用表的指針明顯擺動并指向阻值較小的方向并能維持在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極（G）和發(fā)射極（E），這時IGBT被阻斷，萬用表的指針回零。在檢測中以上現(xiàn)象均符合，可以判定IGBT是好的，否則該IGBT存在問題。