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IGBT的名称比较长,在很多实验电路中、有关书籍中也不多见,但在电磁炉中,这是一个狠角色,如果它罢工了,那么电磁炉就瘫痪了。今天就这个元件的结构、原理、功能、检测等主要方面做一简单介绍,以飨读者。
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IGBT:绝缘栅双极性晶体管,是由场效应管和三极管组合成的复合电子元件。从名称上就能看出它是由两部分组成的。那么你首先需要了解MOS管、BJT管的特性,否则研究起来很困难的。
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外形见下图一,前者是分立元件的IGBT,它与大功率的三极管、场效应管等管子在外形上差别不大;这是我们今天研究的对象。后者是IGBT模块,用在电焊机、逆变器、开关电源、UPS等大功率、大电流设备上,研究通第一个以后,在以后的文章中我们会继续研究这个模块,因为它在电力电路中比较猛。
图一 IGBT外形
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IGBT内部结构:也是由P、N型半导体组成,又像MOS管的结构,又像三极管的结构,这就对了,见下图二。它相当于一个PNP型的三极管和增强型NMOS管复合而成,它有三个极:C极(集电极)、G极(栅极)、E极(发射极),等效图如下图三。这种IGBT的MOS部分属于N型沟道,称作N-IGBT,那么相应的还有P-IGBT,导电沟道就是P型,箭头由发射极E指向栅极G。在实际使用当中,N-IGBT比较多见,我们今天拿此进行研究。
图三 等效图
其符号见下图四,
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IGBT符号图,见下图四,b为带阻尼的IGBT
图四 IGBT符号
图五 IGBT工作原理
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原理简析:见上图五, 当栅极电压UGE大于IGBT的开启电压时,IGBT内部的N型沟道就会形成,源极S、漏极D就会导通,三极管的基极b极导通,集电极电流IC流入,分成两路I1、I2,最后汇入IE,当栅极电压UGE消失,则导电沟道消失,IGBT处于截止状态。当栅极电压UGE变化时,导电沟道也随着变化,I1电流大小也在变化,并引起IE的变化。
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检测方法:
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通过以上对IGBT的结构、原理分析,它兼有场效应管的高输入阻抗、开关速度快和三极管的低导通电压、大容量的优点。
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正常情况下,IGBT的三个电极互不导通。
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极性判断:把万用表置于R×1k档位,将黑表笔固定接着某一引脚a上,红笔分别接其它两只引脚b、c,若两次的阻值均为无穷大;对调用红笔固定接在a电极上,黑笔分别接其它两只引脚b、c,若阻值均为无穷大,则固定不动的那只表笔所接引脚a即为栅极,其余两脚再用万用表检测,若彻底阻值为无穷大,对调表笔后测得的阻值较小,在测量阻值较小的一次中,红笔所接即为C极,黑笔所接为E极。
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好坏判别:将万用表置于R×10k档位,用黑笔接起C极,红笔接E极,正常应该为无穷大,用手指同时触碰栅极和C极,IGBT被导通,阻值较小,然后触碰栅极和E极,马上又回到了无穷大,则这样的管子就是好的,否则就是坏的。
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主要参数
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集电极、发射极间电压:栅极、发射极间短路时的集电极、发射极间的最大电压;
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栅极、发射极间电压:集电极、发射极间短路时的栅极、发射极间最大电压;
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集电极电流:集电极允许的最大直流电流;
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耗散功率:单个管子所允许的最大耗散功率;
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结温:元件连续工作时芯片的温度;
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关断电流:栅极、发射极间短路,在集电极、发射极间加上指定的电压时的集电极电流;
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漏电流:集电极、发射极间短路,在栅极、发射极间加上指定电压时的栅极漏电流;
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饱和压降:在指定的集电极电流和栅极电压的情况下,集电极、发射极间的电压;
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输入电容:集电极、发射极间处于交流短路状态,在栅极、发射极间及集电极、发射极间加上指定电压时,栅极、发射极间的电容。
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IGBT在电磁炉中广泛应用,也是最容易损坏的元件。由它的导通时间控制炉盘线圈电流的大小。见下图。
电磁炉加热部分
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