IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的檢測(cè)方法

IGBT的工作原理和作用

IGBT就是一個(gè)開關(guān)，非通即斷，如何控制他的通還是斷，就是靠的是柵源極的電壓，當(dāng)柵源極加+12V(大于6V，一般取12V到15V)時(shí)IGBT導(dǎo)通，柵源極不加電壓或者是加負(fù)壓時(shí)，IGBT關(guān)斷，加負(fù)壓就是為了可靠關(guān)斷。

IGBT沒有放大電壓的功能，導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開時(shí)當(dāng)做開路。

IGBT有三個(gè)端子，分別是G，D，S，在G和S兩端加上電壓后，內(nèi)部的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移(半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)，這也是為什么用半導(dǎo)體材料做電力電子開關(guān)的原因)，本來是正離子和負(fù)離子一一對(duì)應(yīng)，半導(dǎo)體材料呈中性，但是加上電壓后，電子在電壓的作用下，累積到一邊，形成了一層導(dǎo)電溝道，因?yàn)殡娮邮强梢詫?dǎo)電的，變成了導(dǎo)體。如果撤掉加在GS兩端的電壓，這層導(dǎo)電的溝道就消失了，就不可以導(dǎo)電了，變成了絕緣體。

IGBT的工作原理和作用電路分析

IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1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的等效電路

由此可知，IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：

--IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓;

--IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;

--流過IGBT集電極-發(fā)射極的電流;

--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。

絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)

IGBT管的好壞檢測(cè)

IGBT管的好壞可用指針萬用表的Rxlk擋來檢測(cè)，或用數(shù)字萬用表的“二極管”擋來測(cè)量PN結(jié)正向壓降進(jìn)行判斷。檢測(cè)前先將IGBT管三只引腳短路放電，避免影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度;然后用指針萬用表的兩枝表筆正反測(cè)G、e兩極及G、c兩極的電阻，對(duì)于正常的IGBT管(正常G-E兩極與G-c兩極間的正反向電阻均為無窮大;內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管正常時(shí)，e-C極間均有4kΩ正向電阻)，上述所測(cè)值均為無窮大;最后用指針萬用表的紅筆接c極，黑筆接e極，若所測(cè)值在3.5kΩ左右，則所測(cè)管為含阻尼二極管的IGBT管，若所測(cè)值在50kΩ左右，則所測(cè)IGBT管內(nèi)不含阻尼二極管。對(duì)于數(shù)字萬用表，正常情況下，IGBT管的e-C極間正向壓降約為0.5V。

內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管檢測(cè)示意圖如圖所示，表筆連接除圖中所示外，其他連接檢測(cè)的讀數(shù)均為無窮大。

如果測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均很小，則說明該管已擊穿損壞;若測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均為無窮大，說明該管已開路損壞。實(shí)際工作中IGBT管多為擊穿損壞。

功率模塊的好壞判斷主要是對(duì)功率模塊內(nèi)的續(xù)流兩極管的判斷。 對(duì)于IGBT模塊我們還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否導(dǎo)通和關(guān)斷。逆變器IGBT模塊檢測(cè)： 將數(shù)字萬用表撥到二極管測(cè)試檔，測(cè)試IGBT模塊c1 e1、c2 e2之間以及柵極G與e1、e2之間正反用二極管特性，來判斷IGBT模塊是否完好。

以六相模塊為例。將負(fù)載側(cè)U、V、W相的導(dǎo)線拆除，使用二極管測(cè)試檔，紅表筆接P(集電極c1)，黑表筆依次測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為最大;將表筆反過來，黑表筆接P，紅表筆測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為400左右。再將紅表筆接N(發(fā)射極e2)，黑表筆測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為400左右;黑表筆接P，紅表筆測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為最大。各相之間的正反向特性應(yīng)相同，若出現(xiàn)差別說明IGBT模塊性能變差，應(yīng)予更換。

IGBT模塊損壞時(shí)，只有擊穿短路情況出現(xiàn)。紅、黑兩表筆分別測(cè)柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性， 萬用表兩次所測(cè)的數(shù)值都為最大，這時(shí)可判定IGBT模塊門極正常。如果有數(shù)值顯示，則門極性能變差，此模塊應(yīng)更換。當(dāng)正反向測(cè)試結(jié)果為零時(shí)，說明所檢測(cè)的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時(shí)電路板保護(hù)門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞變頻調(diào)速系統(tǒng)在異步電機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電機(jī)的額定參數(shù)或根據(jù)電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)來選擇變頻器。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)變頻器額定電流的選擇應(yīng)給予高度的重視。選擇變頻器如果只考慮容量不考慮電流，極易造成變頻器的燒毀。因此，計(jì)算變頻器容量時(shí)必須留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?/p>

通常要求變頻器的額定電流：≥(1.05～1.1)IN(1)或I變≥(1.05～1.1)IMAX (2)式中

I變----變頻器的額定電流

IN----電機(jī)的額定電流

IMAX----電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流

按容量選擇時(shí)，則變頻器容量：P變≥1.732&TImes;KINUN10-3 (KVA)(3)

式中

IN----電機(jī)額定電流

UN----電機(jī)額定電壓

K----安全系數(shù)，一般選取(1.05～1.1)

例如，選擇的電機(jī)的額定電壓UN=380V，額定電流IN=7.2A。

根據(jù)式(1)，變頻器額定電流選?。?/p>

I變≥1.1IN=1.1&TImes;7.2=7.92(A)

根據(jù)式(3)變頻器容量選?。?/p>

P變≥1.732&TImes;1.05&TImes;7.2×380×10-3=4.98(KVA)

根據(jù)以上計(jì)算，變頻器可選取功率≥5KVA，額定電流≥8A的變頻器。

IGBT管的好壞可用指針萬用表的Rxlk擋來檢測(cè)，或用數(shù)字萬用表的“二極管”擋來測(cè)量PN結(jié)正向壓降進(jìn)行判斷。檢測(cè)前先將IGBT管三只引腳短路放電，避免影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度;然后用指針萬用表的兩枝表筆正反測(cè)G、e兩極及G、c兩極的電阻，對(duì)于正常的IGBT管(正常G-E兩極與G-c兩極間的正反向電阻均為無窮大;內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管正常時(shí)，e-C極間均有4kΩ正向電阻)，上述所測(cè)值均為無窮大;最后用指針萬用表的紅筆接c極，黑筆接e極，若所測(cè)值在3.5kΩ左右，則所測(cè)管為含阻尼二極管的IGBT管，若所測(cè)值在50kΩ左右，則所測(cè)IGBT管內(nèi)不含阻尼二極管。對(duì)于數(shù)字萬用表，正常情況下，IGBT管的e-C極間正向壓降約為0.5V。

內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管檢測(cè)示意圖如圖所示，表筆連接除圖中所示外，其他連接檢測(cè)的讀數(shù)均為無窮大。

如果測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均很小，則說明該管已擊穿損壞;若測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均為無窮大，說明該管已開路損壞。實(shí)際工作中IGBT管多為擊穿損壞。

功率模塊的好壞判斷主要是對(duì)功率模塊內(nèi)的續(xù)流兩極管的判斷。 對(duì)于IGBT模塊我們還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否導(dǎo)通和關(guān)斷。逆變器IGBT模塊檢測(cè)： 將數(shù)字萬用表撥到二極管測(cè)試檔，測(cè)試IGBT模塊c1 e1、c2 e2之間以及柵極G與e1、e2之間正反用二極管特性，來判斷IGBT模塊是否完好。

以六相模塊為例。將負(fù)載側(cè)U、V、W相的導(dǎo)線拆除，使用二極管測(cè)試檔，紅表筆接P(集電極c1)，黑表筆依次測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為最大;將表筆反過來，黑表筆接P，紅表筆測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為400左右。再將紅表筆接N(發(fā)射極e2)，黑表筆測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為400左右;黑表筆接P，紅表筆測(cè)U、V、W，萬用表顯示數(shù)值為最大。各相之間的正反向特性應(yīng)相同，若出現(xiàn)差別說明IGBT模塊性能變差，應(yīng)予更換。

IGBT模塊損壞時(shí)，只有擊穿短路情況出現(xiàn)。紅、黑兩表筆分別測(cè)柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性， 萬用表兩次所測(cè)的數(shù)值都為最大，這時(shí)可判定IGBT模塊門極正常。如果有數(shù)值顯示，則門極性能變差，此模塊應(yīng)更換。當(dāng)正反向測(cè)試結(jié)果為零時(shí)，說明所檢測(cè)的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時(shí)電路板保護(hù)門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞變頻調(diào)速系統(tǒng)在異步電機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電機(jī)的額定參數(shù)或根據(jù)電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)來選擇變頻器。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)變頻器額定電流的選擇應(yīng)給予高度的重視。選擇變頻器如果只考慮容量不考慮電流，極易造成變頻器的燒毀。因此，計(jì)算變頻器容量時(shí)必須留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?/p>

通常要求變頻器的額定電流：≥(1.05～1.1)IN(1)或I變≥(1.05～1.1)IMAX (2)式中

I變----變頻器的額定電流

IN----電機(jī)的額定電流

IMAX----電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流

按容量選擇時(shí)，則變頻器容量：P變≥1.732×KINUN10-3 (KVA)(3)

式中

IN----電機(jī)額定電流

UN----電機(jī)額定電壓

K----安全系數(shù)，一般選取(1.05～1.1)

例如，選擇的電機(jī)的額定電壓UN=380V，額定電流IN=7.2A。

根據(jù)式(1)，變頻器額定電流選?。?/p>

I變≥1.1IN=1.1×7.2=7.92(A)

根據(jù)式(3)變頻器容量選取：

P變≥1.732×1.05×7.2×380×10-3=4.98(KVA)

根據(jù)以上計(jì)算，變頻器可選取功率≥5KVA，額定電流≥8A的變頻器。