IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的檢測方法

　　IGBT的工作原理和作用

　　IGBT就是一個開關，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，當柵源極加+12V（大于6V，一般取12V到15V）時IGBT導通，柵源極不加電壓或者是加負壓時，IGBT關斷，加負壓就是為了可靠關斷。

　　IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時當做開路。

　　IGBT有三個端子，分別是G，D，S，在G和S兩端加上電壓后，內部的電子發(fā)生轉移（半導體材料的特點，這也是為什么用半導體材料做電力電子開關的原因），本來是正離子和負離子一一對應，半導體材料呈中性，但是加上電壓后，電子在電壓的作用下，累積到一邊，形成了一層導電溝道，因為電子是可以導電的，變成了導體。如果撤掉加在GS兩端的電壓，這層導電的溝道就消失了，就不可以導電了，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)射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通，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的結溫。

　　如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅動電壓過低，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的結溫超過其結溫的允許值，IGBT都可能會永久性損壞。

　　絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）

IGBT管的好壞檢測

　　IGBT管的好壞可用指針萬用表的Rxlk擋來檢測，或用數字萬用表的“二極管”擋來測量PN結正向壓降進行判斷。檢測前先將IGBT管三只引腳短路放電，避免影響檢測的準確度；然后用指針萬用表的兩枝表筆正反測G、e兩極及G、c兩極的電阻，對于正常的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；內含阻尼二極管的IGBT管正常時，e-C極間均有4kΩ正向電阻），上述所測值均為無窮大；最后用指針萬用表的紅筆接c極，黑筆接e極，若所測值在3.5kΩ左右，則所測管為含阻尼二極管的IGBT管，若所測值在50kΩ左右，則所測IGBT管內不含阻尼二極管。對于數字萬用表，正常情況下，IGBT管的e-C極間正向壓降約為0.5V。

　　內含阻尼二極管的IGBT管檢測示意圖如圖所示，表筆連接除圖中所示外，其他連接檢測的讀數均為無窮大。

　　如果測得IGBT管三個引腳間電阻均很小，則說明該管已擊穿損壞；若測得IGBT管三個引腳間電阻均為無窮大，說明該管已開路損壞。實際工作中IGBT管多為擊穿損壞。

　　功率模塊的好壞判斷主要是對功率模塊內的續(xù)流兩極管的判斷。 對于IGBT模塊我們還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否導通和關斷。逆變器IGBT模塊檢測： 將數字萬用表撥到二極管測試檔，測試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。將負載側U、V、W相的導線拆除，使用二極管測試檔，紅表筆接P（集電極c1），黑表筆依次測U、V、W，萬用表顯示數值為最大；將表筆反過來，黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右。再將紅表筆接N（發(fā)射極e2），黑表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右；黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為最大。各相之間的正反向特性應相同，若出現差別說明IGBT模塊性能變差，應予更換。

　　IGBT模塊損壞時，只有擊穿短路情況出現。紅、黑兩表筆分別測柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性， 萬用表兩次所測的數值都為最大，這時可判定IGBT模塊門極正常。如果有數值顯示，則門極性能變差，此模塊應更換。當正反向測試結果為零時，說明所檢測的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時電路板保護門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞變頻調速系統(tǒng)在異步電機確定后，通常應根據異步電機的額定參數或根據電機實際的運行參數來選擇變頻器。實踐中發(fā)現，對變頻器額定電流的選擇應給予高度的重視。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，計算變頻器容量時必須留有適當的余地。

　　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----電機的額定電流

　　IMAX----電機實際運行中的最大電流

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

　　式中

　　IN----電機額定電流

　　UN----電機額定電壓

　　K----安全系數，一般選?。?.05～1.1）

　　例如，選擇的電機的額定電壓UN=380V，額定電流IN=7.2A。

　　根據式（1），變頻器額定電流選取：

　　I變≥1.1IN=1.1&TImes;7.2=7.92（A）

　　根據式（3）變頻器容量選?。?/p>

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

　　根據以上計算，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，或用數字萬用表的“二極管”擋來測量PN結正向壓降進行判斷。檢測前先將IGBT管三只引腳短路放電，避免影響檢測的準確度；然后用指針萬用表的兩枝表筆正反測G、e兩極及G、c兩極的電阻，對于正常的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；內含阻尼二極管的IGBT管正常時，e-C極間均有4kΩ正向電阻），上述所測值均為無窮大；最后用指針萬用表的紅筆接c極，黑筆接e極，若所測值在3.5kΩ左右，則所測管為含阻尼二極管的IGBT管，若所測值在50kΩ左右，則所測IGBT管內不含阻尼二極管。對于數字萬用表，正常情況下，IGBT管的e-C極間正向壓降約為0.5V。

　　內含阻尼二極管的IGBT管檢測示意圖如圖所示，表筆連接除圖中所示外，其他連接檢測的讀數均為無窮大。

　　如果測得IGBT管三個引腳間電阻均很小，則說明該管已擊穿損壞；若測得IGBT管三個引腳間電阻均為無窮大，說明該管已開路損壞。實際工作中IGBT管多為擊穿損壞。

　　功率模塊的好壞判斷主要是對功率模塊內的續(xù)流兩極管的判斷。 對于IGBT模塊我們還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否導通和關斷。逆變器IGBT模塊檢測： 將數字萬用表撥到二極管測試檔，測試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。將負載側U、V、W相的導線拆除，使用二極管測試檔，紅表筆接P（集電極c1），黑表筆依次測U、V、W，萬用表顯示數值為最大；將表筆反過來，黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右。再將紅表筆接N（發(fā)射極e2），黑表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右；黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為最大。各相之間的正反向特性應相同，若出現差別說明IGBT模塊性能變差，應予更換。

　　IGBT模塊損壞時，只有擊穿短路情況出現。紅、黑兩表筆分別測柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性， 萬用表兩次所測的數值都為最大，這時可判定IGBT模塊門極正常。如果有數值顯示，則門極性能變差，此模塊應更換。當正反向測試結果為零時，說明所檢測的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時電路板保護門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞變頻調速系統(tǒng)在異步電機確定后，通常應根據異步電機的額定參數或根據電機實際的運行參數來選擇變頻器。實踐中發(fā)現，對變頻器額定電流的選擇應給予高度的重視。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，計算變頻器容量時必須留有適當的余地。

　　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----電機的額定電流

　　IMAX----電機實際運行中的最大電流

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

　　式中

　　IN----電機額定電流

　　UN----電機額定電壓

　　K----安全系數，一般選?。?.05～1.1）

　　例如，選擇的電機的額定電壓UN=380V，額定電流IN=7.2A。

　　根據式（1），變頻器額定電流選?。?/p>

　　I變≥1.1IN=1.1×7.2=7.92（A）

　　根據式（3）變頻器容量選取：

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

　　根據以上計算，變頻器可選取功率≥5KVA，額定電流≥8A的變頻器。