IGBT的工作原理和极性判断

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IGBT又称绝缘栅双极型晶体管,是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管。因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。

它融合了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点,具备易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40kHz)等特点,已逐步取代晶闸管和门极可关断晶闸管(GTO),是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、 UPS 及逆变焊机当中。

IGBT的工作原理

IGBT由栅极G、发射极E和集电极C三个极控制。

如图1,IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,使IGBT关断。

由图2可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。

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图1 IGBT结构图


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图2 IGBT电气符号(左)与等效的电路图(右)

如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低则IGBT不能稳定的工作;如果过高甚至超过栅极—发射极之间的耐压,则IGBT可能会永久损坏。

同样,如果IGBT集电极与发射极之间的电压超过允许值,则流过IGBT的电流会超限,导致IGBT的结温超过允许值,此时IGBT也有可能会永久损坏。

IGBT极性判断

对IGBT进行检测时,应选用指针式万用表。首先将万用表拨到R×1kΩ档,用万用表测量各极之间的阻值。若某一极与其它两极阻值为无穷大,调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大,则此极为栅极G。再用万用表测量其余两极之间的阻值,若测得阻值为无穷大,调换表笔后阻值较小,当测量阻值较小时,红表笔接触的为集电极C,黑表笔接触的为发射极E。

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图3 IGBT实物图


IGBT好坏的判断

判断IGBT好坏时必须选用指针式万用表(电子式万用表内部电池电压太低),也可以使用9V电池代替。首先将万用表拨到R×10kΩ档(R×1kΩ档时,内部电压过低,不足以使IGBT导通),用黑表笔接IGBT的集电极C,红表笔接IGBT的发射极E,此时万用表的指针在零位。

用手指同时触及一下栅极G和集电极C,这时IGBT被触发导通,万用表的指针明显摆动并指向阻值较小的方向并能维持在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极G和发射极E,这时IGBT被阻断,万用表的指针回零。在检测中以上现象均符合,可以判定IGBT是好的,否则该IGBT存在问题。

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