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開關電源IGBT的可靠性能解析
雙擊自動滾屏 發布者:admin 發布時間:2014-10-23 閱讀:2866

一、IGBT的簡單介紹

摘要: 開關電源用的大功率開關器件IGBT以其獨特的良特性,在各種電力電子裝置中得到了廣泛應用。而了解IGBT的可靠性能、檢測及使用時的注意事項對實際中的應用是十分必要的。下麵本文就對此進行了一一解析。

絕緣柵雙極型晶體管(簡稱“IGBT”)是由MOSFET和雙極型晶體管複合而成的一種器件,其輸入極為MOSFET,輸出極為PNP晶體管,它融和了這兩種器件的優點,既具有MOSFET器件驅動功率小和開關速度快的優點,又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優點,其頻率特性介於MOSFET與功率晶體管之間,可正常工作於幾十kHz頻率範圍內,在現代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用,在較高頻率的大、中功率應用中占據了主導地位。
  若在IGBT的柵極和發射極之間加上驅動正電壓,則MOSFET導通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通;若IGBT的柵極和發射極之間電壓為0V,MOS 截止,切斷PNP晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。IGBTMOSFET一樣也是電壓控製型器件,在它的柵極-發射極間施加十幾V的直流電壓,隻有在uA級的漏電流流過,基本上不消耗功率。
  二、IGBT的可靠性要素
  IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定:
  1.IGBT柵極與發射極之間的電壓;
  2.IGBT集電極與發射極之間的電壓;
  3.流過IGBT集電極-發射極的電流;
  4.GBT的結溫。
  如果IGBT柵極與發射極之間的電壓,即驅動電壓過低,則IGBT不能穩定正常地工作,如果過高超過柵極-發射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣,如果加在IGBT集電極與發射極允許的電壓超過集電極-發射極之間的耐壓,流過IGBT集電極-發射極的電流超過集電極-發射極允許的最大電流,IGBT的結溫超過其結溫的允許值,IGBT都可能會永久性損壞。
  三、IGBT的檢測方法
  1.判斷極性
  首先將
萬用表撥在R×1KΩ擋,用萬用表測量時,若某一極與其它兩極阻值為無窮大,調換表筆後該極與其它兩極的阻值仍為無窮大,則判斷此極為柵極(G )其餘兩極再用萬用表測量,若測得阻值為無窮大,調換表筆後測量阻值較小。在測量阻值較小的一次中,則判斷紅表筆接的為集電極(C);黑表筆接的為發射極(E)。
  2.判斷好壞
  將萬用表撥在R×10KΩ擋,用黑表筆接IGBT 的集電極(C),紅表筆接IGBT 的發射極(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 被觸發導通,萬用表的指針擺向阻值較小的方向,並能站住指示在某一位置。然後再用手指同時觸及一下柵極(G)和發射極(E),這時IGBT 被阻斷,萬用表的指針回零。此時即可判斷IGBT 是好的。
  總之,任何指針式萬用表皆可用於檢測IGBT.注意判斷IGBT 好壞時,一定要將萬用 表撥在R×10KΩ擋,因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內部電池電壓太低,檢測好壞時不能使IGBT 導通,而無法判斷IGBT 的好壞。此方法同樣也可以用於檢測功率場效應晶體管(P-MOSFET)的好壞。
  四、IGBT的使用注意事項
  由於IGBT模塊為MOSFET結構,IGBT的柵極通過一層氧化膜與發射極實現電隔離。由於此氧化膜很薄,其擊穿電壓一般達到20~30V.因此因靜電而導致柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一。因此使用中要注意以下幾點:
  1.在使用模塊時,盡量不要用手觸摸驅動端子部分,當必須要觸摸模塊端子時,要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電後,再觸摸;在用導電材料連接模塊驅動端子時,在配線未接好之前請先不要接上模塊;盡量在底板良好接地的情況下操作。
  2.在應用中有時雖然保證了柵極驅動電壓沒有超過柵極最大額定電壓,但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合,也會產生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此,通常采用雙絞線來傳送驅動信號,以減少寄生電感。在柵極連線中串聯小電阻也可以抑製振蕩電壓。
  3.在柵極-發射極間開路時,若在集電極與發射極間加上電壓,則隨著集電極電位的變化,由於集電極有漏電流流過,柵極電位升高,集電極則有電流流過。這時,如果集電極與發射極間存在高電壓,則有可能使IGBT發熱及至損壞。
  總之,在使用IGBT的場合,當柵極回路不正常或柵極回路損壞時(柵極處於開路狀態),若在主回路上加上電壓,則IGBT就會損壞,為防止此類故障,應在柵極與發射極之間串接一隻10KΩ左右的電阻。在安裝或更換IGBT模塊時,應十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸麵狀態和擰緊程度。為了減少接觸熱阻,最好在散熱器與IGBT模塊間塗抹導熱矽脂。一般散熱片底部安裝有散熱風扇,當散熱風扇損壞中散熱片散熱不良時將導致IGBT模塊發熱,而發生故障。因此對散熱風扇應定期進行檢查,一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應器,當溫度過高時將報警或停止IGBT模塊工作。

 
 


     

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