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IGBT如何檢測與動態特性介紹

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2024-01-25 瀏覽:-

IGBT如何檢測與動態特性介紹

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小,開關速度快,但導通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點,驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
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IGBT的工作特性與IGBT的檢測

IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續流二極管芯片)通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品;封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上;IGBT模塊具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點;當前市場上銷售的多為此類模塊化產品,一般所說的IGBT也指IGBT模塊;隨著節能環保等理念的推進,此類產品在市場上將越來越多見;IGBT是能源變換與傳輸的核心器件,俗稱電力電子裝置的“CPU”,作為國家戰略性新興產業,在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。

IGBT的工作特性:

IGBT 的靜態特性

靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。

(1)伏安特性:

IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時,漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制,Ugs 越高, Id 越大。它與GTR 的輸出特性相似。也可分為飽和區1 、放大區2 和擊穿特性3 部分。在截止狀態下的IGBT ,正向電壓由J2 結承擔,反向電壓由J1結承擔。如果無N+ 緩沖區,則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平,加入N+緩沖區后,反向關斷電壓只能達到幾十伏水平,因此限制了IGBT 的某些應用范圍。

(2)轉移特性:

IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關系曲線。它與MOSFET 的轉移特性相同,當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時,IGBT 處于關斷狀態。在IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內, Id 與Ugs呈線性關系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制,其最佳值一般取為15V左右。

(3)開關特效:

IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。IGBT 處于導通態時,由于它的PNP 晶體管為寬基區晶體管,所以其B 值極低。盡管等效電路為達林頓結構,但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。此時,通態電壓Uds(on) 可用下式表示

Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh

式中Uj1 —— JI 結的正向電壓,其值為0.7 ~1V ;Udr ——擴展電阻Rdr 上的壓降;Roh ——溝道電阻。

通態電流Ids 可用下式表示:

Ids=(1+Bpnp)Imos

式中Imos ——流過MOSFET 的電流。

由于N+ 區存在電導調制效應,所以IGBT 的通態壓降小,耐壓1000V的IGBT 通態壓降為2 ~ 3V 。IGBT 處于斷態時,只有很小的泄漏電流存在。

IGBT的動態特性

IGBT 在開通過程中,大部分時間是作為MOSFET 來運行的,只是在漏源電壓Uds 下降過程后期, PNP 晶體管由放大區至飽和,又增加了一段延遲時間。td(on) 為開通延遲時間, tri 為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間ton 即為td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時間由tfe1 和tfe2 組成。

IGBT的觸發和關斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負向電壓,柵極電壓可由不同的驅動電路產生。當選擇這些驅動電路時,必須基于以下的參數來進行:器件關斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因為IGBT柵極- 發射極阻抗大,故可使用MOSFET驅動技術進行觸發,不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大,故IGBT的關斷偏壓應該比許多MOSFET驅動電路提供的偏壓更高。

IGBT在關斷過程中,漏極電流的波形變為兩段。因為MOSFET關斷后,PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除,造成漏極電流較長的尾部時間,td(off)為關斷延遲時間,trv為電壓Uds(f)的上升時間。實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成,而漏極電流的關斷時間

t(off)=td(off)+trv十t(f)

式中,td(off)與trv之和又稱為存儲時間。

IGBT的開關速度低于MOSFET,但明顯高于GTR。IGBT在關斷時不需要負柵壓來減少關斷時間,但關斷時間隨柵極和發射極并聯電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約3~4V,和MOSFET相當。IGBT導通時的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近,飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。

IGBT的判斷檢測:

判斷極性:

首先將萬用表撥在R×1KΩ擋,用萬用表測量時,若某一極與其它兩極阻值為無窮大,調換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無窮大,則判斷此極為柵極(G )其余兩極再用萬用表測量,若測得阻值為無窮大,調換表筆后測量阻值較小。在測量阻值較小的一次中,則判斷紅表筆接的為集電極(C);黑表筆接的為發射極(E)。

判斷好壞:

將萬用表撥在R×10KΩ擋,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柵極(G)和集電極(C),這時IGBT 被觸發導通,萬用表的指針擺向阻值較小的方向,并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極(G)和發射極(E),這時IGBT 被阻斷,萬用表的指針回零。此時即可判斷IGBT 是好的。

檢測注意事項:

任何指針式萬用表皆可用于檢測IGBT。注意判斷IGBT 好壞時,一定要將萬用 表撥在R×10KΩ擋,因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內部電池電壓太低,檢測好壞時不能使IGBT 導通,而無法判斷IGBT 的好壞。此方法同樣也可以用于檢測功率場效應晶體管(P-MOSFET)的好壞。

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