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IGBT場效應管的工作原理以及極性判斷壞判斷方法

一、前言

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又稱絕緣栅雙極型半導體,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣栅型場效應管)組成的複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半導體,是以,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,已逐漸取代晶閘管和GTO(門極可關斷晶閘管),是目前發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。

二、IGBT的工作原理

IGBT由栅極(G)、發射極(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栅極電壓形成溝道,給PNP半導體提供基極電流,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的栅極和發射極之間加上驅動正電壓,則MOSFET導通,這樣PNP半導體的集電極與基極之間成低阻狀态而使得半導體導通;若IGBT的栅極和發射極之間電壓為0V,則MOSFET截止,切斷PNP半導體基極電流的供給,使得半導體截止。

IGBT場效應管的工作原理以及極性判斷壞判斷方法

圖1 IGBT 結構圖

IGBT場效應管的工作原理以及極性判斷壞判斷方法

圖2 IGBT電氣符号(左)與等效的電路圖(右)

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

三、IGBT極性判斷

對IGBT進行檢測時,應選用指針式萬用表。首先将萬用表撥到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,調換表筆後該極與其它兩極的阻值仍為無窮大,則此極為栅極(G)。再用萬用表測量其餘兩極之間的阻值,若測得阻值為無窮大,調換表筆後阻值較小,當測量阻值較小時,紅表筆接觸的為集電極(C),黑表筆接觸的為發射極(E)。

IGBT場效應管的工作原理以及極性判斷壞判斷方法

圖3 IGBT實物圖

四、IGBT好壞的判斷

判斷IGBT好壞時必須選用指針式萬用表(電子式萬用表内部電池電壓太低),也可以使用9V電池代替。首先将萬用表撥到R×10KΩ檔(R×1KΩ檔時,内部電壓過低,不足以使IGBT導通),用黑表筆接IGBT的集電極(C),紅表筆接IGBT的發射極(E),此時萬用表的指針在零位。用手指同時觸及一下栅極(G)和集電極(C),這時IGBT被觸發導通,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。然後再用手指同時觸及一下栅極(G)和發射極(E),這時IGBT被阻斷,萬用表的指針回零。在檢測中以上現象均符合,可以判定IGBT是好的,否則該IGBT存在問題。

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