IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法

　　IGBT的工作原理和作用

　　IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。

　　IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。

　　IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。

　　IGBT的工作原理和作用电路分析

　　IGBT的等效电路如图1所示。由图1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的等效电路

　　由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：

　　--IGBT栅极与发射极之间的电压；

　　--IGBT集电极与发射极之间的电压；

　　--流过IGBT集电极-发射极的电流；

　　--IGBT的结温。

　　如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。

　　绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）

　　

        IGBT管的好坏检测

　　IGBT管的好坏可用指针万用表的Rxlk挡来检测，或用数字万用表的“二极管”挡来测量PN结正向压降进行判断。检测前先将IGBT管三只引脚短路放电，避免影响检测的准确度；然后用指针万用表的两枝表笔正反测G、e两极及G、c两极的电阻，对于正常的IGBT管（正常G-E两极与G-c两极间的正反向电阻均为无穷大；内含阻尼二极管的IGBT管正常时，e-C极间均有4kΩ正向电阻），上述所测值均为无穷大；最后用指针万用表的红笔接c极，黑笔接e极，若所测值在3.5kΩ左右，则所测管为含阻尼二极管的IGBT管，若所测值在50kΩ左右，则所测IGBT管内不含阻尼二极管。对于数字万用表，正常情况下，IGBT管的e-C极间正向压降约为0.5V。

　　内含阻尼二极管的IGBT管检测示意图如图所示，表笔连接除图中所示外，其他连接检测的读数均为无穷大。

　　如果测得IGBT管三个引脚间电阻均很小，则说明该管已击穿损坏；若测得IGBT管三个引脚间电阻均为无穷大，说明该管已开路损坏。实际工作中IGBT管多为击穿损坏。

　　功率模块的好坏判断主要是对功率模块内的续流两极管的判断。 对于IGBT模块我们还需判断在有触发电压的情况下能否导通和关断。逆变器IGBT模块检测： 将数字万用表拨到二极管测试档，测试IGBT模块c1 e1、c2 e2之间以及栅极G与e1、e2之间正反用二极管特性，来判断IGBT模块是否完好。

　　以六相模块为例。将负载侧U、V、W相的导线拆除，使用二极管测试档，红表笔接P（集电极c1），黑表笔依次测U、V、W，万用表显示数值为最大；将表笔反过来，黑表笔接P，红表笔测U、V、W，万用表显示数值为400左右。再将红表笔接N（发射极e2），黑表笔测U、V、W，万用表显示数值为400左右；黑表笔接P，红表笔测U、V、W，万用表显示数值为最大。各相之间的正反向特性应相同，若出现差别说明IGBT模块性能变差，应予更换。

　　IGBT模块损坏时，只有击穿短路情况出现。红、黑两表笔分别测栅极G与发射极E之间的正反向特性， 万用表两次所测的数值都为最大，这时可判定IGBT模块门极正常。如果有数值显示，则门极性能变差，此模块应更换。当正反向测试结果为零时，说明所检测的一相门极已被击穿短路。门极损坏时电路板保护门极的稳压管也将击穿损坏变频调速系统在异步电机确定后，通常应根据异步电机的额定参数或根据电机实际的运行参数来选择变频器。实践中发现，对变频器额定电流的选择应给予高度的重视。选择变频器如果只考虑容量不考虑电流，极易造成变频器的烧毁。因此，计算变频器容量时必须留有适当的余地。

　　通常要求变频器的额定电流：≥（1.05～1.1）IN（1）或I变≥（1.05～1.1）IMAX （2）式中

　　I变----变频器的额定电流

　　IN----电机的额定电流

　　IMAX----电机实际运行中的最大电流

　　按容量选择时，则变频器容量：P变≥1.732×KINUN10-3 （KVA）（3）

　　式中

　　IN----电机额定电流

　　UN----电机额定电压

　　K----安全系数，一般选取（1.05～1.1）

　　例如，选择的电机的额定电压UN=380V，额定电流IN=7.2A。

　　根据式（1），变频器额定电流选取：

　　I变≥1.1IN=1.1×7.2=7.92（A）

　　根据式（3）变频器容量选取：

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

　　根据以上计算，变频器可选取功率≥5KVA，额定电流≥8A的变频器。

　　IGBT管的好坏可用指针万用表的Rxlk挡来检测，或用数字万用表的“二极管”挡来测量PN结正向压降进行判断。检测前先将IGBT管三只引脚短路放电，避免影响检测的准确度；然后用指针万用表的两枝表笔正反测G、e两极及G、c两极的电阻，对于正常的IGBT管（正常G-E两极与G-c两极间的正反向电阻均为无穷大；内含阻尼二极管的IGBT管正常时，e-C极间均有4kΩ正向电阻），上述所测值均为无穷大；最后用指针万用表的红笔接c极，黑笔接e极，若所测值在3.5kΩ左右，则所测管为含阻尼二极管的IGBT管，若所测值在50kΩ左右，则所测IGBT管内不含阻尼二极管。对于数字万用表，正常情况下，IGBT管的e-C极间正向压降约为0.5V。

　　内含阻尼二极管的IGBT管检测示意图如图所示，表笔连接除图中所示外，其他连接检测的读数均为无穷大。

　　如果测得IGBT管三个引脚间电阻均很小，则说明该管已击穿损坏；若测得IGBT管三个引脚间电阻均为无穷大，说明该管已开路损坏。实际工作中IGBT管多为击穿损坏。

　　功率模块的好坏判断主要是对功率模块内的续流两极管的判断。 对于IGBT模块我们还需判断在有触发电压的情况下能否导通和关断。逆变器IGBT模块检测： 将数字万用表拨到二极管测试档，测试IGBT模块c1 e1、c2 e2之间以及栅极G与e1、e2之间正反用二极管特性，来判断IGBT模块是否完好。

　　以六相模块为例。将负载侧U、V、W相的导线拆除，使用二极管测试档，红表笔接P（集电极c1），黑表笔依次测U、V、W，万用表显示数值为最大；将表笔反过来，黑表笔接P，红表笔测U、V、W，万用表显示数值为400左右。再将红表笔接N（发射极e2），黑表笔测U、V、W，万用表显示数值为400左右；黑表笔接P，红表笔测U、V、W，万用表显示数值为最大。各相之间的正反向特性应相同，若出现差别说明IGBT模块性能变差，应予更换。

　　IGBT模块损坏时，只有击穿短路情况出现。红、黑两表笔分别测栅极G与发射极E之间的正反向特性， 万用表两次所测的数值都为最大，这时可判定IGBT模块门极正常。如果有数值显示，则门极性能变差，此模块应更换。当正反向测试结果为零时，说明所检测的一相门极已被击穿短路。门极损坏时电路板保护门极的稳压管也将击穿损坏变频调速系统在异步电机确定后，通常应根据异步电机的额定参数或根据电机实际的运行参数来选择变频器。实践中发现，对变频器额定电流的选择应给予高度的重视。选择变频器如果只考虑容量不考虑电流，极易造成变频器的烧毁。因此，计算变频器容量时必须留有适当的余地。

　　通常要求变频器的额定电流：≥（1.05～1.1）IN（1）或I变≥（1.05～1.1）IMAX （2）式中

　　I变----变频器的额定电流

　　IN----电机的额定电流

　　IMAX----电机实际运行中的最大电流

　　按容量选择时，则变频器容量：P变≥1.732×KINUN10-3 （KVA）（3）

　　式中

　　IN----电机额定电流

　　UN----电机额定电压

　　K----安全系数，一般选取（1.05～1.1）

　　例如，选择的电机的额定电压UN=380V，额定电流IN=7.2A。

　　根据式（1），变频器额定电流选取：

　　I变≥1.1IN=1.1×7.2=7.92（A）

　　根据式（3）变频器容量选取：

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

　　根据以上计算，变频器可选取功率≥5KVA，额定电流≥8A的变频器。