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  • IGBT怎么檢測(cè)與動(dòng)態(tài)特性解析
    • 發(fā)布時(shí)間:2024-09-16 15:57:27
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    IGBT怎么檢測(cè)與動(dòng)態(tài)特性解析
    IGBT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(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小,開(kāi)關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
    IGBT動(dòng)態(tài)特性
    IGBT的工作特性與IGBT的檢測(cè)
    IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續(xù)流二極管芯片)通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品;封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上;IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn);當(dāng)前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的多為此類(lèi)模塊化產(chǎn)品,一般所說(shuō)的IGBT也指IGBT模塊;隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進(jìn),此類(lèi)產(chǎn)品在市場(chǎng)上將越來(lái)越多見(jiàn);IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?,俗稱(chēng)電力電子裝置的“CPU”,作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車(chē)與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。
    IGBT的工作特性:
    IGBT 的靜態(tài)特性
    靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)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(shí),漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)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(qū)1 、放大區(qū)2 和擊穿特性3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT ,正向電壓由J2 結(jié)承擔(dān),反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。如果無(wú)N+ 緩沖區(qū),則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平,加入N+緩沖區(qū)后,反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平,因此限制了IGBT 的某些應(yīng)用范圍。
    (2)轉(zhuǎn)移特性:
    IGBT 的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同,當(dāng)柵源電壓小于開(kāi)啟電壓Ugs(th) 時(shí),IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi), Id 與Ugs呈線性關(guān)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(kāi)關(guān)特效:
    IGBT 的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT 處于導(dǎo)通態(tài)時(shí),由于它的PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管,所以其B 值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu),但流過(guò)MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。此時(shí),通態(tài)電壓Uds(on) 可用下式表示
    Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh
    式中Uj1 —— JI 結(jié)的正向電壓,其值為0.7 ~1V ;Udr ——擴(kuò)展電阻Rdr 上的壓降;Roh ——溝道電阻。
    通態(tài)電流Ids 可用下式表示:
    Ids=(1+Bpnp)Imos
    式中Imos ——流過(guò)MOSFET 的電流。
    由于N+ 區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),所以IGBT 的通態(tài)壓降小,耐壓1000V的IGBT 通態(tài)壓降為2 ~ 3V 。IGBT 處于斷態(tài)時(shí),只有很小的泄漏電流存在。
    IGBT的動(dòng)態(tài)特性
    IGBT 在開(kāi)通過(guò)程中,大部分時(shí)間是作為MOSFET 來(lái)運(yùn)行的,只是在漏源電壓Uds 下降過(guò)程后期, PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和,又增加了一段延遲時(shí)間。td(on) 為開(kāi)通延遲時(shí)間, tri 為電流上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間ton 即為td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1 和tfe2 組成。
    IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電壓,柵極電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí),必須基于以下的參數(shù)來(lái)進(jìn)行:器件關(guān)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?yàn)镮GBT柵極- 發(fā)射極阻抗大,故可使用MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā),不過(guò)由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大,故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。
    IGBT在關(guān)斷過(guò)程中,漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?yàn)镸OSFET關(guān)斷后,PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除,造成漏極電流較長(zhǎng)的尾部時(shí)間,td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間,trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成,而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間
    t(off)=td(off)+trv十t(f)
    式中,td(off)與trv之和又稱(chēng)為存儲(chǔ)時(shí)間。
    IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于MOSFET,但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來(lái)減少關(guān)斷時(shí)間,但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開(kāi)啟電壓約3~4V,和MOSFET相當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時(shí)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(cè):
    判斷極性:
    首先將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1KΩ擋,用萬(wàn)用表測(cè)量時(shí),若某一極與其它兩極阻值為無(wú)窮大,調(diào)換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無(wú)窮大,則判斷此極為柵極(G )其余兩極再用萬(wàn)用表測(cè)量,若測(cè)得阻值為無(wú)窮大,調(diào)換表筆后測(cè)量阻值較小。在測(cè)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(fā)射極(E)。
    判斷好壞:
    將萬(wàn)用表?yè)茉赗×10KΩ擋,用黑表筆接IGBT 的集電極(C),紅表筆接IGBT 的發(fā)射極(E),此時(shí)萬(wàn)用表的指針在零位。用手指同時(shí)觸及一下柵極(G)和集電極(C),這時(shí)IGBT 被觸發(fā)導(dǎo)通,萬(wàn)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(shí)觸及一下柵極(G)和發(fā)射極(E),這時(shí)IGBT 被阻斷,萬(wàn)用表的指針回零。此時(shí)即可判斷IGBT 是好的。
    檢測(cè)注意事項(xiàng):
    任何指針式萬(wàn)用表皆可用于檢測(cè)IGBT。注意判斷IGBT 好壞時(shí),一定要將萬(wàn)用 表?yè)茉赗×10KΩ擋,因R×1KΩ擋以下各檔萬(wàn)用表內(nèi)部電池電壓太低,檢測(cè)好壞時(shí)不能使IGBT 導(dǎo)通,而無(wú)法判斷IGBT 的好壞。此方法同樣也可以用于檢測(cè)功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)的好壞。
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