電力電子實施技術模塊五項目項目十認識絕緣門極晶體管（IGBT）

【學習目標】·觀察絕緣門極晶體管IGBT的外形，讓同學們認識器件的外形結構、端子及型號。·通過測試，會判別器件的端子、判斷器件的好壞?！ふ莆掌骷幕緟?，學會器件的選擇，培養(yǎng)成本核算意識。一、項目分析變頻器的逆變電路是通過控制功率開關管的導通與截止，將直流電轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電源。絕緣門極晶體管IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）也稱絕緣柵極雙極型晶體管，是一種新發(fā)展起來的復合型電力電子器件。由于它結合了MOSFET和GTR的特點，既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅動電路簡單的優(yōu)點，又具有輸入通態(tài)電壓低，耐壓高和承受電流大的優(yōu)點，是變頻器理想的開關。那么，IGBT的基本結構和工作原理是怎樣的？如何選擇？使用時有哪些需要注意的問題？下面來介紹相關知識。二、相關知識（一）絕緣門極晶體管（IGBT）的結構和基本工作原理1．IGBT的基本結構

2．工作原理IGBT的驅動原理與電力MOSFET基本相同，它是一種壓控型器件。其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的，當UGE為正且大于開啟電壓UGE（th）時，MOSFET內形成溝道，并為晶體管提供基極電流使其導通。當柵極與發(fā)射極之間加反向電壓或不加電壓時，MOSFET內的溝道消失，晶體管無基極電流，IGBT關斷。（二）IGBT的基本特性與主要參數1．IGBT的基本特性（1）靜態(tài)特性（2）動態(tài)特性2．主要參數1）集電極—發(fā)射極額定電壓UCES：這個電壓值是廠家根據器件的雪崩擊穿電壓而規(guī)定的，是柵極—發(fā)射極短路時IGBT能承受的耐壓值，即UCES值小于等于雪崩擊穿電壓。2）柵極—發(fā)射極額定電壓UGES：IGBT是電壓控制器件，靠加到柵極的電壓信號控制IGBT的導通和關斷，而UGES就是柵極控制信號的電壓額定值。目前，IGBT的UGES值大部分為+20V，使用中不能超過該值。3）額定集電極電流IC：該參數給出了IGBT在導通時能流過管子的持續(xù)最大電流。（三）IGBT的驅動電路1．對驅動電路的要求1）IGBT是電壓驅動的，具有一個2.5~5.0V的閥值電壓，有一個容性輸入阻抗，因此IGBT對柵極電荷非常敏感，故驅動電路必須很可靠，保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅動電路與IGBT的連線要盡量短。2）用內阻小的驅動源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓UCE有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關損耗盡量小。另外，IGBT開通后，柵極驅動源應能提供足夠的功率，使IGBT不退出飽和而損壞。3）驅動電路中的正偏壓應為+12~+15V，負偏壓應為-2~-10V。4）IGBT多用于高壓場合，故驅動電路與整個控制電路在電位上應嚴格隔離。5）驅動電路應盡可能簡單實用，具有對IGBT的自保護功能，并有較強的抗干擾能力。6）若為大電感負載，IGBT的關斷時間不宜過短，以限制di/dt所形成的尖峰電壓，保證IGBT的安全。2．驅動電路阻尼濾波光電隔離（四）IGBT的保護電路三、項目實施（一）認識IGBT外形IGBT外形如圖所示。對于TO封裝的IGBT管的管腳排列是將管腳朝下，標型號面朝自己，從左到右數，1腳：柵極或稱門極（G），2腳：集電極（C），3腳：發(fā)射極（E），如圖（a）。對于IGBT模塊，器件上一般標有管腳，如圖（b）。（二）解釋IGBT型號的含義（1）IGBT型號的含義IGBT管各國廠家的型號命名不盡相同，但大致有以下規(guī)律：1）管子型號前半部分數字表示該管的最大工作電流值，如：G40××××、20N××××就分別表示其最大工作電流為40A、20A。2）管子型號后半部分數字則表示該管的最高耐壓值，如：G×××150××、××N120x××就分別表示最高耐壓值為1.5kV、1.2kV。3）管子型號后綴字母含“D”則表示該管內含阻尼二極管。但未標“D”并不一定是無阻尼二極管，因此在檢修時一定要用萬用表檢測驗證，避免出現不應有的損失。（三）IGBT的簡單測試（1）IGBT管腳判別將萬用表撥在R×1K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(fā)射極（E）。（2）IGBT測試判斷好壞用萬用表的R×10K檔，將黑表筆接IGBT的集電極（C)，紅表筆接IGBT的發(fā)時極(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(fā)導通，萬用表