IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的檢測(cè)方法
IGBT的工作原理和作用
IGBT就是一個(gè)開(kāi)關(guān),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(dāng)柵源極加+12V(大于6V,一般取12V到15V)時(shí)IGBT導(dǎo)通,柵源極不加電壓或者是加負(fù)壓時(shí),IGBT關(guān)斷,加負(fù)壓就是為了可靠關(guān)斷。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201710/365260.htmIGBT沒(méi)有放大電壓的功能,導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線,斷開(kāi)時(shí)當(dāng)做開(kāi)路。
IGBT有三個(gè)端子,分別是G,D,S,在G和S兩端加上電壓后,內(nèi)部的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移(半導(dǎo)體材料的特點(diǎn),這也是為什么用半導(dǎo)體材料做電力電子開(kāi)關(guān)的原因),本來(lái)是正離子和負(fù)離子一一對(duì)應(yīng),半導(dǎo)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(dǎo)電溝道,因?yàn)殡娮邮强梢詫?dǎo)電的,變成了導(dǎo)體。如果撤掉加在GS兩端的電壓,這層導(dǎo)電的溝道就消失了,就不可以導(dǎo)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(qū)動(dòng)正電壓,則MOSFET導(dǎo)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(dǎo)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(guò)IGBT集電極-發(fā)射極的電流;
--IGBT的結(jié)溫。
如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓,即驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低,則IGBT不能穩(wěn)定正常地工作,如果過(guò)高超過(guò)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(guò)集電極-發(fā)射極之間的耐壓,流過(guò)IGBT集電極-發(fā)射極的電流超過(guò)集電極-發(fā)射極允許的最大電流,IGBT的結(jié)溫超過(guò)其結(jié)溫的允許值,IGBT都可能會(huì)永久性損壞。
絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)
IGBT管的好壞檢測(cè)
IGBT管的好壞可用指針萬(wàn)用表的Rxlk擋來(lái)檢測(cè),或用數(shù)字萬(wàn)用表的“二極管”擋來(lái)測(cè)量PN結(jié)正向壓降進(jìn)行判斷。檢測(cè)前先將IGBT管三只引腳短路放電,避免影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度;然后用指針萬(wàn)用表的兩枝表筆正反測(cè)G、e兩極及G、c兩極的電阻,對(duì)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(wú)窮大;內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管正常時(shí),e-C極間均有4kΩ正向電阻),上述所測(cè)值均為無(wú)窮大;最后用指針萬(wàn)用表的紅筆接c極,黑筆接e極,若所測(cè)值在3.5kΩ左右,則所測(cè)管為含阻尼二極管的IGBT管,若所測(cè)值在50kΩ左右,則所測(cè)IGBT管內(nèi)不含阻尼二極管。對(duì)于數(shù)字萬(wàn)用表,正常情況下,IGBT管的e-C極間正向壓降約為0.5V。
內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管檢測(cè)示意圖如圖所示,表筆連接除圖中所示外,其他連接檢測(cè)的讀數(shù)均為無(wú)窮大。
如果測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均很小,則說(shuō)明該管已擊穿損壞;若測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均為無(wú)窮大,說(shuō)明該管已開(kāi)路損壞。實(shí)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(duì)功率模塊內(nèi)的續(xù)流兩極管的判斷。 對(duì)于IGBT模塊我們還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否導(dǎo)通和關(guān)斷。逆變器IGBT模塊檢測(cè): 將數(shù)字萬(wàn)用表?yè)艿蕉O管測(cè)試檔,測(cè)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(lái)判斷IGBT模塊是否完好。
以六相模塊為例。將負(fù)載側(cè)U、V、W相的導(dǎo)線拆除,使用二極管測(cè)試檔,紅表筆接P(集電極c1),黑表筆依次測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為最大;將表筆反過(guò)來(lái),黑表筆接P,紅表筆測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為400左右。再將紅表筆接N(發(fā)射極e2),黑表筆測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為400左右;黑表筆接P,紅表筆測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為最大。各相之間的正反向特性應(yīng)相同,若出現(xiàn)差別說(shuō)明IGBT模塊性能變差,應(yīng)予更換。
IGBT模塊損壞時(shí),只有擊穿短路情況出現(xiàn)。紅、黑兩表筆分別測(cè)柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性, 萬(wàn)用表兩次所測(cè)的數(shù)值都為最大,這時(shí)可判定IGBT模塊門極正常。如果有數(shù)值顯示,則門極性能變差,此模塊應(yīng)更換。當(dāng)正反向測(cè)試結(jié)果為零時(shí),說(shuō)明所檢測(cè)的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時(shí)電路板保護(hù)門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞變頻調(diào)速系統(tǒng)在異步電機(jī)確定后,通常應(yīng)根據(jù)異步電機(jī)的額定參數(shù)或根據(jù)電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)來(lái)選擇變頻器。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),對(duì)變頻器額定電流的選擇應(yīng)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(jì)算變頻器容量時(shí)必須留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?/p>
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(jī)的額定電流
IMAX----電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流
按容量選擇時(shí),則變頻器容量:P變≥1.732&TImes;KINUN10-3 (KVA)(3)
式中
IN----電機(jī)額定電流
UN----電機(jī)額定電壓
K----安全系數(shù),一般選?。?.05~1.1)
例如,選擇的電機(jī)的額定電壓UN=380V,額定電流IN=7.2A。
根據(jù)式(1),變頻器額定電流選?。?/p>
I變≥1.1IN=1.1&TImes;7.2=7.92(A)
根據(jù)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(jù)以上計(jì)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(wàn)用表的Rxlk擋來(lái)檢測(cè),或用數(shù)字萬(wàn)用表的“二極管”擋來(lái)測(cè)量PN結(jié)正向壓降進(jìn)行判斷。檢測(cè)前先將IGBT管三只引腳短路放電,避免影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度;然后用指針萬(wàn)用表的兩枝表筆正反測(cè)G、e兩極及G、c兩極的電阻,對(duì)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(wú)窮大;內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管正常時(shí),e-C極間均有4kΩ正向電阻),上述所測(cè)值均為無(wú)窮大;最后用指針萬(wàn)用表的紅筆接c極,黑筆接e極,若所測(cè)值在3.5kΩ左右,則所測(cè)管為含阻尼二極管的IGBT管,若所測(cè)值在50kΩ左右,則所測(cè)IGBT管內(nèi)不含阻尼二極管。對(duì)于數(shù)字萬(wàn)用表,正常情況下,IGBT管的e-C極間正向壓降約為0.5V。
內(nèi)含阻尼二極管的IGBT管檢測(cè)示意圖如圖所示,表筆連接除圖中所示外,其他連接檢測(cè)的讀數(shù)均為無(wú)窮大。
如果測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均很小,則說(shuō)明該管已擊穿損壞;若測(cè)得IGBT管三個(gè)引腳間電阻均為無(wú)窮大,說(shuō)明該管已開(kāi)路損壞。實(shí)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(duì)功率模塊內(nèi)的續(xù)流兩極管的判斷。 對(duì)于IGBT模塊我們還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否導(dǎo)通和關(guān)斷。逆變器IGBT模塊檢測(cè): 將數(shù)字萬(wàn)用表?yè)艿蕉O管測(cè)試檔,測(cè)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(lái)判斷IGBT模塊是否完好。
以六相模塊為例。將負(fù)載側(cè)U、V、W相的導(dǎo)線拆除,使用二極管測(cè)試檔,紅表筆接P(集電極c1),黑表筆依次測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為最大;將表筆反過(guò)來(lái),黑表筆接P,紅表筆測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為400左右。再將紅表筆接N(發(fā)射極e2),黑表筆測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為400左右;黑表筆接P,紅表筆測(cè)U、V、W,萬(wàn)用表顯示數(shù)值為最大。各相之間的正反向特性應(yīng)相同,若出現(xiàn)差別說(shuō)明IGBT模塊性能變差,應(yīng)予更換。
IGBT模塊損壞時(shí),只有擊穿短路情況出現(xiàn)。紅、黑兩表筆分別測(cè)柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性, 萬(wàn)用表兩次所測(cè)的數(shù)值都為最大,這時(shí)可判定IGBT模塊門極正常。如果有數(shù)值顯示,則門極性能變差,此模塊應(yīng)更換。當(dāng)正反向測(cè)試結(jié)果為零時(shí),說(shuō)明所檢測(cè)的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時(shí)電路板保護(hù)門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞變頻調(diào)速系統(tǒng)在異步電機(jī)確定后,通常應(yīng)根據(jù)異步電機(jī)的額定參數(shù)或根據(jù)電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)來(lái)選擇變頻器。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),對(duì)變頻器額定電流的選擇應(yīng)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(jì)算變頻器容量時(shí)必須留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?/p>
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(jī)的額定電流
IMAX----電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流
按容量選擇時(shí),則變頻器容量:P變≥1.732×KINUN10-3 (KVA)(3)
式中
IN----電機(jī)額定電流
UN----電機(jī)額定電壓
K----安全系數(shù),一般選?。?.05~1.1)
例如,選擇的電機(jī)的額定電壓UN=380V,額定電流IN=7.2A。
根據(jù)式(1),變頻器額定電流選?。?/p>
I變≥1.1IN=1.1×7.2=7.92(A)
根據(jù)式(3)變頻器容量選?。?/p>
P變≥1.732×1.05×7.2×380×10-3=4.98(KVA)
根據(jù)以上計(jì)算,變頻器可選取功率≥5KVA,額定電流≥8A的變頻器。
評(píng)論