IGBT管使用常识

精选文库谈IGBT的使用李学强一、 IGBT管简介 IGBT是绝缘栅双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的简称，它是八十年代初诞生，九十年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件。IGBT是由MOSFET场效应晶体管和BJT双极型晶体管复合而成的，其输入级为MOSFET，输出级为PNP型大功率三极管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件输入阻抗高、响应速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有双极型器件通态电压低、耐压高和输出电流大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。IGBT的等效电路如图1所示。由图1左图可知，当栅极加正电压时，MOSFET 内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通，此时高耐压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时，MOSFET 内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT 即关断。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极发射极间施加十几V的直流电压，只有A级的漏电流，基本上不消耗功率，显示了输入阻抗大的优点。图2和图3为IGBT的电路符号。图1 IGBT的等效电路（左为N型，右为P型）图2 IGBT的符号（左为N型，右为P型）图3 内附阻尼管的IGBT（左为N型，右为P型）二、IGBT的检测 IGBT管的检测可用指针式万用表的电阻挡来检测，或用数字万用表的“二极管”挡来测量PN结正向压降进行判断。本文以应用较多的N型IGBT为例，阐述IGBT的检测方法，检测前先将IGBT管三只引脚短路放电，避免影响检测的准确度。1、判断极性。首先将万用表拨在 R1K 挡，用万用表测量各电极之间的电阻，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。其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。则说明该IGBT内含阻尼管，且在测量阻值较小的一次中红表笔接的为集电极C，黑表笔接的为发射极E。对于数字万用表，正常情况下，内附阻尼管的IGBT管的C、E极间正向压降约为04V。其它各电极之间的电阻均为无穷大。否则，管子是坏的。 对于不含阻尼二极管的IGBT管，由于三个电极间的正反向电阻均为无穷大，故不能用此法判断。一般地，可从外形上识别IGBT各电极的名称，标注型号的一面对着观察者，引脚向下，从左至右依次为栅极、集电极和发射极。 2 、判断好坏。将万用表拨在 R10K 挡，用黑表笔接 IGBT的集电极C，红表笔接IGBT 的发射极E，此时万用表的指示为无穷大。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，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并指示在某一位置，电阻越小，说明IGBT的导通压降越低，其放大能力越强。然后再用手指同时触及一下栅极G和发极E，这时IGBT阻断，万用表的指针回至无穷大。此时即可判断IGBT是好的。 注意：任何指针式万用表均可用于检测 IGBT。判断IGBT 的好坏，一定用万用表 R10K挡，因 R1K 挡以下各挡万用表内部电池电压太低，检测好坏时不能使IGBT导通而无法判断。 如果测得IGBT管三个引脚间电阻均很小，则说明该管已击穿损坏；实际维修中IGBT管多为过电流或过电压击穿损坏。三、 IGBT的代换由于IGBT工作在大电流、高电压状态，工作频率较高，发热量大，因此其故障率较高，又由于其价格较高，故代换IGBT时，应遵循以下原则：首先，尽量用原型号的代换，这样不仅利于固定安装，也比较简便。其次，如果没有相同型号的管子，可用参数相近的IGBT来代换，一般是用额定电流较大的管子代替额定电流较小的，用高耐压的代替低耐压的。如果参数已经磨掉，可根据其额定功率来代换。注意，代换IGBT时，一定要分清其内部是否含有快恢复阻尼二极管。四、IGBT的保存保存半导体元件的场合，温度与湿度应保持常温常湿状态，不应偏离太大。一般地，常温规定为535 ，常湿规定为4575左右。在冬天特别干燥的地区，需用加湿机加湿。 装IGBT模块的容器，应选用不带静电的容器。并尽量远离有腐蚀性气体或灰尘较多的场合。 在温度发生急剧变化的场所IGBT模块表面可能有结露水的现象，因此IGBT模块应放在温度变化较小的地方； 五、使用注意事项 IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，IGBT的UGE的耐压值为20V，在IGBT加超出耐压值的电压时，会导致损坏的危险。此外，在栅极发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过。这时，如果集电极与发射极间存在高电压，则有可能使IGBT发热乃至损坏。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。 如果栅极回路不合适或者栅极回路完全不能工作时（珊极处于开路状态），若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止这类损坏情况发生，应在栅极一发射极之间接一只10k左右的电阻。 此外，由于IGBT为MOS结构，对于静电就要十分注意。因此，请注意下面几点： 1、在使用模块时，手持分装件时，请勿触摸驱动端子部份。当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电放电后，再触摸。 2、在用导电材料连接IGBT的驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块； 3、尽量在底板良好接地的情况下操作。如焊接时，电烙铁要可靠接地。在安装或更换IGBT时，应十分重视IGBT与散热片的接触面状态和拧紧程度。为了减少接触热阻，最好在散热器与IGBT间涂抹导热硅脂。一般散热片底部安装有散热风扇，当散热风扇损坏中散