原创 IGBT场效应管的工作原理及检测方法

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又称绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)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 (10-40 kHz) 等特点，已逐步取代晶闸管和GTO（门极可关断晶闸管），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。
　　1. 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。

　　图1 IGBT 结构图

　　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。
　　2. 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）。
　　3 IGBT实物图

　　3. 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。