绝缘栅双极型晶体管的结构、原理及检测方法


2019-09-18 13: 12: 53胖乎乎的拥有技能

绝缘栅双极晶体管是由FET和三极管组成的复合组件。它被称为IGBT或IGT。它结合了三极管和MOS晶体管的优点,因此具有良好的特性,因此被广泛使用。在各种中小型电力电力电子中。

形状,结构和符号

IGBT的形状,结构以及等效图和符号如图12-12所示。从等效图可以看出,IGBT等效于PNP晶体管和增强型NMOS晶体管,如图(c)所示。结合的方式。 IGBT具有三个极点:C极(集电极),G极(栅极)和E极(发射极)。

图12-12绝缘栅双极型晶体管的IGBT

工作原理

图12-12中的IGBT是PNP晶体管和N沟道MOS晶体管的组合。该IGBT被称为N-IGBT,在图12-12(d)中用符号表示。通道IGBT(称为P-IGBT)将图12-12(d)中的箭头从E极更改为G极,将P-IGBT的电路符号更改为电路符号。

由于N-IGBT主要用于电力电子设备,因此图12-13所示的电路用于说明N-IGBT的工作原理。

图12-13 N-IGBT的工作原理说明

N-IGBT工作原理说明

电源E 2 U GE电压通过开关S提供给IGBT,电源E 1通过R 1将U CE电压提供给IGBT。当开关S闭合时,在IGBT的G极和E极之间获得电压U GE。只要U GE电压大于开启电压(大约2至6 V),IGBT内的NMOS管就会形成一个导电通道,并且MOS管D,S在两极之间的导电为晶体管I b通电,晶体管导通,电流IC从IGBT的C极流出。通过晶体管的发射极后,它被分为两个电流I 1和I 2,并且电流流经MOS晶体管。在D极和S极中,I 2电流从三极管的集电极流出,并且I 1和I 2电流合并到从IGBT的E极流出的IE电流中,即IGBT处于导通状态。州。当开关S断开时,U GE电压为0,MOS管导电通道被挤压(消失),I 1和I 2均为0,IC和IE电流也为0,即IGBT处于关闭状态。

调节电源E 2可以改变U GE的电压,IGBT中MOS晶体管的导电沟道的宽度将改变,并且I 1电流的大小将改变。因为I 1电流实际上是三极管的I B电流,所以I 1的微小变化将引起I 2电流的急剧变化(I 2是三极管的I c电流)。例如,随着U GE的增加,MOS的导通通道变宽,I 1电流增加,I 2电流也增加,即IGBT的C流入电流和E极流出电流增加。

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检测

IGBT检测包括极性检测以及好坏检测。检测方法类似于增强型NMOS管。

(1)极性检测

正常的IGBT G极和C,E极无法导通,正向和反向电阻无限大。当G极无电压时,IGBT的C和E极不能正向连接,但是由于C和E极之间存在一个反向寄生二极管,因此C和E极的正向电阻是无限的并且反向电阻是小。

在检测IGBT时,万用表选择 R ×1kΩ挡,测量IGBT各脚之间的正反向电阻,当出现一次阻值小时,红表笔接的引脚为C极,黑表笔接的引脚为E极,余下的引脚为G极。

(2)好坏检测

IGBT的好坏检测可按下面的步骤进行。

第一步:用万用表 R ×1kΩ挡检测IGBT各引脚之间的正反向电阻,正常只会出现一次阻值小。若出现两次或两次以上阻值小,可确定IGBT一定损坏;若只出现一次阻值小,还不能确定IGBT一定正常,需要进行第二步测量。

第二步:用导线将IGBT的G、E极短接,释放G极上的电荷,再将万用表拨至 R ×10kΩ挡,红表笔接IGBT的E极,黑表笔接C极,此时表针指示的阻值为无穷大或接近无穷大,然后用导线瞬间将C、G极短接,让万用表内部电池经黑表笔和导线给G极充电,让G极获得电压,如果IGBT正常,内部会形成沟道,表针指示的阻值马上由大变小,再用导线将G、E极短路,释放G极上的电荷来消除G极电压,如果IGBT正常,内部沟道会消失,表针指示的阻值马上由小变为无穷大。

以上两步检测时,如果有一次测量不正常,则为IGBT损坏或性能不良。

绝缘栅双极型晶体管是一种由场效应管和三极管组合成的复合元件,简称为IGBT或IGT, 它综合了三极管和MOS管的优点,故有很好的特性,因此广泛应用在各种中小功率的电力电子设备中。

外形、结构与符号

IGBT的外形、结构及等效图和符号如图12-12所示,从等效图可以看出,IGBT 相当于一个PNP型三极管和增强型NMOS管以图(c)所示的方式组合而成。 IGBT有三个极:C极(集电极)、G极(栅极)和E极(发射极)。

图12-12 绝缘栅双极型晶体管IGBT

工作原理

图12-12中的IGBT是由PNP型三极管和N沟道MOS管组合而成,这种IGBT称作N-IGBT,用图12-12(d)符号表示,相应的还有P沟道IGBT,称作P-IGBT,将图12-12(d)符号中的箭头改为由E极指向G极即为P-IGBT的电路符号。

由于电力电子设备中主要采用N-IGBT,下面以图12-13所示电路来说明N-IGBT工作原理。

图12-13 N-IGBT工作原理说明图

N-IGBT工作原理说明

电源 E 2 通过开关S为IGBT提供 U GE 电压,电源 E 1 经 R 1 为IGBT提供 U CE 电压。当开关S闭合时,IGBT的G、E极之间获得电压 U GE ,只要 U GE 电压大于开启电压(约2~6V),IGBT内部的NMOS管就有导电沟道形成,MOS管D、S极之间导通,为三极管 I b 电流提供通路,三极管导通,有电流 I C 从IGBT的C极流入,经三极管发射极后分成 I 1 和 I 2 两路电流, I 1 电流流经MOS管的D、S极, I 2 电流从三极管的集电极流出, I 1 、 I 2 电流汇合成 I E 电流从IGBT的E极流出,即IGBT处于导通状态。当开关S断开后, U GE 电压为0,MOS管导电沟道夹断(消失), I 1 、 I 2 都为0, I C 、 I E 电流也为0,即IGBT处于截止状态。

调节电源 E 2 可以改变 U GE 电压的大小,IGBT内部的MOS管的导电沟道宽度会随之变化, I 1 电流大小会发生变化,由于 I 1 电流实际上是三极管的 I b 电流, I 1 细小的变化会引起 I 2 电流( I 2 为三极管的 I c 电流)的急剧变化。例如当 U GE 增大时,MOS管的导通沟道变宽, I 1 电流增大, I 2 电流也增大,即IGBT的C极流入、E极流出的电流增大。

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检测

IGBT检测包括极性检测和好坏检测,检测方法与增强型NMOS管相似。

(1)极性检测

正常的IGBT的G极与C、E极之间不能导通,正反向电阻均为无穷大。在G极无电压时,IGBT的C、E极之间不能正向导通,但由于C、E极之间存在一个反向寄生二极管,所以C、E极正向电阻无穷大,反向电阻较小。

在检测IGBT时,万用表选择 R ×1kΩ挡,测量IGBT各脚之间的正反向电阻,当出现一次阻值小时,红表笔接的引脚为C极,黑表笔接的引脚为E极,余下的引脚为G极。

(2)好坏检测

IGBT的好坏检测可按下面的步骤进行。

第一步:用万用表 R ×1kΩ挡检测IGBT各引脚之间的正反向电阻,正常只会出现一次阻值小。若出现两次或两次以上阻值小,可确定IGBT一定损坏;若只出现一次阻值小,还不能确定IGBT一定正常,需要进行第二步测量。

第二步:用导线将IGBT的G、E极短接,释放G极上的电荷,再将万用表拨至 R ×10kΩ挡,红表笔接IGBT的E极,黑表笔接C极,此时表针指示的阻值为无穷大或接近无穷大,然后用导线瞬间将C、G极短接,让万用表内部电池经黑表笔和导线给G极充电,让G极获得电压,如果IGBT正常,内部会形成沟道,表针指示的阻值马上由大变小,再用导线将G、E极短路,释放G极上的电荷来消除G极电压,如果IGBT正常,内部沟道会消失,表针指示的阻值马上由小变为无穷大。

以上两步检测时,如果有一次测量不正常,则为IGBT损坏或性能不良。