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什么是IGBT固態(tài)脈沖,它的工作原理是什么?IGBTa安裝與應(yīng)用技術(shù)

2017年05月24日 17:20 網(wǎng)絡(luò)整理 作者: 用戶評(píng)論(0

  什么是IGBT固態(tài)脈沖,它的工作原理是什么??

  在雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制器中,廣泛采用的是電真空管作為開關(guān)管。這種結(jié)構(gòu)的脈沖調(diào)制器具有配套技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)高、使用壽命短等缺點(diǎn),尤其是其不適用于大功率、高重復(fù)頻率等工作場(chǎng)合的缺陷,使其已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代雷達(dá)的復(fù)雜信號(hào)處理的需求。

  隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,新型功率開關(guān)器件IGBT(絕緣柵雙極晶體管)迅速占領(lǐng)了市場(chǎng),滿足了人們把大功率、超高頻率開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)固態(tài)化的期望,有著完全取代電真空管的趨勢(shì)。這也為在雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制器中采用IGBT作為開關(guān)管以替代電真空管奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

  1 脈沖調(diào)制器的結(jié)構(gòu)

  根據(jù)脈沖調(diào)制器的任務(wù),它基本由下列3部分組成:電源部分、能量?jī)?chǔ)存部分、脈沖形成部分。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  電源部分的作用是把初級(jí)電源(例如市電)變換成符合要求的直流電源。直流電源包括低壓電源和高壓電源兩種,低壓電源供給調(diào)制脈沖預(yù)處理電路使用,高壓電源供給調(diào)制脈沖形成電路使用。

  能量?jī)?chǔ)存部分的作用是為了降低對(duì)于電源部分的高峰值功率要求。因?yàn)槊}沖調(diào)制器是在短促的脈沖期間給射頻發(fā)生器提能量的,而在較長(zhǎng)的脈沖間歇期間停止工作,因此為了有效地利用電源功率,可以采用儲(chǔ)能元件在脈沖間歇期間把電源送來(lái)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái),等到脈沖期間再把儲(chǔ)存的能量放出,交給射頻發(fā)生器。常用的儲(chǔ)能元件有電容器和人工線(或稱仿真線)。

  脈沖形成部分是利用一個(gè)開關(guān),控制儲(chǔ)能元件對(duì)負(fù)載(射頻發(fā)生器)放電,以提供電壓、功率、脈沖寬度及脈沖波形等都滿足要求的視頻脈沖。常用的開關(guān)元件有真空三、四極管、氫閘流管、半導(dǎo)體開關(guān)元件(可控硅元件)和具有非線性電感的磁開關(guān)等。

  真空管的通斷可由柵極電壓控制,通斷利索,這種開關(guān)稱為剛性開關(guān),對(duì)應(yīng)的調(diào)制器稱為剛性調(diào)制器。氫閘流管、半導(dǎo)體開關(guān)元件和具有非線性電感的磁開關(guān)則只能控制其導(dǎo)通,而不能控制其關(guān)斷,這種開關(guān)元件稱為軟性開關(guān),對(duì)應(yīng)的調(diào)制器稱為軟性調(diào)制器。

  2 開關(guān)器件的比較

  對(duì)傳統(tǒng)的電真空器件(氫閘流管)和現(xiàn)代電力電子器件IGBT的電氣性能進(jìn)行比較。

  2.1 傳統(tǒng)電真空管器件

  以真空三、四極管為調(diào)制開關(guān)的剛性調(diào)制器適應(yīng)能力強(qiáng),能適應(yīng)各種波形、重復(fù)頻率的要求,但這也是以體積、重量、結(jié)構(gòu)和成本為代價(jià)的。為彌補(bǔ)自身不足以適應(yīng)各種工作需要,剛性調(diào)制器又分為多種類型,但都避免不了其功率小、效率低的缺陷。

  以氫閘流管為開關(guān)元件的軟性調(diào)制器雖能克服剛性調(diào)制器的不足,但自身的缺陷也很突出,主要表現(xiàn)為:1)脈沖波形頂部抖動(dòng)、后沿拖長(zhǎng);2)對(duì)負(fù)載阻抗的適應(yīng)性差;3)對(duì)波形的適應(yīng)性也差。

  可見軟性調(diào)制器只能適應(yīng)于精度要求不高、波形要求不嚴(yán)格的大功率雷達(dá)中。并且不管是剛性還是軟性調(diào)制器,其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜都使其可靠性降低,并且維修難度大。

  2.2 現(xiàn)代電力電子器件

  開關(guān)元件的固態(tài)化是發(fā)展的大趨勢(shì),尤其是電力電子器件在由傳統(tǒng)型向現(xiàn)代型轉(zhuǎn)變以后,許多新興的器件迅速應(yīng)用于這種電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。上世紀(jì)九十年代才現(xiàn)身市 場(chǎng)的絕緣柵雙極晶體管IGBT已成為現(xiàn)代電力電子器件發(fā)展的領(lǐng)頭軍,型號(hào)齊全,已經(jīng)出現(xiàn)了由IGBT組成的功能完善的智能功率模塊IPM。

  IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極晶體管是一種工作原理復(fù)雜的集成半導(dǎo)體器件。在結(jié)構(gòu)上,集成了所有半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)。如二極管、BJT、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 JFET、MOSFET、SCR。工藝上利用MOS工藝進(jìn)行大面積功率集成,單元胞的體積越來(lái)越小,單元胞的數(shù)量越來(lái)越多。IGBT經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展,技 術(shù)越來(lái)越成熟,功能越來(lái)越強(qiáng)大。從原來(lái)的平面柵型到溝槽型,又發(fā)展到非穿通型,直至現(xiàn)在的電場(chǎng)截至型。達(dá)到了6 000 V/600 A,通態(tài)壓降1.3 V,開關(guān)頻率達(dá)到納秒級(jí)。

  IGBT在大量產(chǎn)品中的良好表現(xiàn),證明其是一種良好的功率開關(guān)器件。其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在開關(guān)頻率高、承載功率大、通態(tài)壓降低、du/dt和di/dt耐量高、動(dòng)態(tài)性能高、反向恢復(fù)快等,這些性能特點(diǎn)使其特別適應(yīng)于在高頻、大功率電路中出任開關(guān)器件的重任。

  3 固態(tài)調(diào)制器硬件組成

  對(duì)分別以氫閘流管和IGBT為中心所構(gòu)成的兩種脈沖調(diào)制器的性能、構(gòu)造、成本、可維性及可靠性進(jìn)行比較。

  3.1 真空管脈沖調(diào)制器

  以氫閘流管ZQM1-350/14型為例,其參數(shù)為14 000 V/350 A,陶瓷外殼,需要12.6 V/6 A的燈絲電源。其關(guān)斷時(shí),高壓電源經(jīng)充電電感和變壓器的原邊給仿真線充電,氫閘流管接通時(shí),仿真線經(jīng)氫閘流管對(duì)變壓器原邊放電,在變壓器的副邊產(chǎn)生高壓脈沖去調(diào)制磁控管。氫閘流調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  充氫閘流管是由陽(yáng)極、陰極、柵極(控制柵,有的還具有預(yù)點(diǎn)火柵或分壓柵等)組成,將所有電極用絕緣外殼密封,利用低壓氫氣(氘氣)作為工作及滅弧絕緣介 質(zhì),是離子開關(guān)管中的一個(gè)分支,將觸發(fā)脈沖(正極性)加到柵極,使陰-柵間隙產(chǎn)生輝光放電,放電擴(kuò)展到陽(yáng)柵間隙導(dǎo)致陽(yáng)柵間隙擊穿導(dǎo)通,使外電路通過(guò)陽(yáng)極- 柵極-陰極放電,而輸出脈沖電流,是具有正啟動(dòng)特性的脈沖電真空器件,具有工作電壓高,脈沖電流大,觸發(fā)電壓低,脈沖寬度窄,電流上升快,點(diǎn)火穩(wěn)定等特 點(diǎn),廣泛應(yīng)用于國(guó)防、醫(yī)療、高能激光、科學(xué)研究等領(lǐng)域或場(chǎng)合。

  氫閘流管作為開關(guān)時(shí),開關(guān)的接通是由控制柵極上施加正觸發(fā)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果閘流管陽(yáng)極具有足夠高的正向電壓,柵極一旦被觸發(fā),陽(yáng)極-陰極之間將迅速導(dǎo) 通,柵極就失去了對(duì)放電的控制作用。只有陽(yáng)極電壓降得很低,不足以維持放電電流時(shí),閘流管才會(huì)截止。閘流管在放電結(jié)束后,要經(jīng)過(guò)一段消電離時(shí)間,柵極才能 恢復(fù)原來(lái)的控制功能。因此,閘流管脈沖調(diào)制器形成的脈沖波形頂部抖動(dòng)、后沿拖長(zhǎng)。

  況且真空管調(diào)制器由于電子管的外圍電路有偏壓、簾柵、 陽(yáng)極等電源,這些電源是不可缺少且體積龐大的高壓電源。調(diào)制器導(dǎo)通時(shí)的管壓降較大,調(diào)制器效率較低。電子管極間電容的存在很難實(shí)現(xiàn)窄脈沖調(diào)制。另外由于電 子管在真空度變差情況下可能會(huì)出現(xiàn)打火等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響雷達(dá)發(fā)射機(jī)的可靠性。電子管陰極的壽命較短,也制約著電子管在調(diào)制器中的使用。

  全固態(tài)調(diào)制器與電子管調(diào)制器相比具有效率高、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)、維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因此,研究固態(tài)調(diào)制器是一個(gè)極為重要的發(fā)展方向。

  3.2 固態(tài)脈沖調(diào)制器

  固態(tài)脈沖調(diào)制器就是以固態(tài)開關(guān)管IGBT替代電真空管的調(diào)制器。IGBT模塊采用10只IGBT串聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)使用,單片機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊利用單片機(jī)形成統(tǒng)一的觸發(fā)脈沖,經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊M57962L同步觸發(fā)IGBT網(wǎng)絡(luò)。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  該調(diào)制器采用充電電感,屬于直流諧振充電,其自然諧振周期為:

  其中:C0是仿真線的靜電容

  Tch等于調(diào)制器脈沖重復(fù)周期T0兩倍,即調(diào)制器的脈沖重復(fù)頻率是固定的。因此為了適應(yīng)雷達(dá)工作于多種重復(fù)頻率的要求,可在充電電路中串入一只二極管,稱為充電二極管或保持二極管。這時(shí)只要充電電路的Tch值小于最小的脈沖重復(fù)周期就行了。

  VD2和R1稱為過(guò)電壓保護(hù)電路,它的作用是防止仿真線上出現(xiàn)過(guò)高的電壓而損壞功率管。當(dāng)仿真線向接近短路的負(fù)載放電時(shí),其上的電壓會(huì)變成負(fù)極性,由于 功率管不能反向?qū)щ?,這個(gè)負(fù)極性的電壓不會(huì)消失,在下一個(gè)脈沖重復(fù)周期充電時(shí),這個(gè)電壓與電源電壓的極性一致,所以仿真線將會(huì)充電到一個(gè)較高的電壓值。如 果這時(shí)負(fù)載打火并未消失,那么這一過(guò)程將會(huì)繼續(xù)下去。在理論上可以證明,仿真線上的電壓將會(huì)達(dá)到電源電壓的6倍之多。當(dāng)電路中接入VD2和R1之后,只要 仿真線上出現(xiàn)負(fù)極性電壓,就可以通過(guò)VD2放掉,從而防止了仿真線上過(guò)電壓的產(chǎn)生。

  R2C2稱為反肩峰電路。當(dāng)仿真線向不匹配的負(fù)載放電會(huì)在脈沖的前沿引起顯著的肩峰。R2C2電路就是為了減小這種肩峰的,其電阻通常選擇和負(fù)載阻抗相等,而電容的大小可按電路時(shí)間常數(shù)與脈沖前沿時(shí)間大致相當(dāng)來(lái)確定。

  功率開關(guān)管IGBT采用高速型MG400Q1US41,其參數(shù)為1 200V/400A,其參數(shù)如圖4所示。工程中采用十管串聯(lián)的方法以適應(yīng)高電壓的要求。驅(qū)動(dòng)模塊采用M57962L,其參數(shù)為1 200 V/400 A。

對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  十管串聯(lián)需要保證串聯(lián)的10個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)截止,否則先導(dǎo)通或者后截止的管子就因?yàn)橐惺芨唠妷憾鴵舸?,進(jìn)一步擊穿所有的管子,而形成調(diào)制器故 障,造成不必要的損失。解決的辦法是用單片機(jī)產(chǎn)生一路觸發(fā)脈沖,同時(shí)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)模塊。因?yàn)轵?qū)動(dòng)模塊具有較高的輸入阻抗,因此單片機(jī)的輸出電流足夠同時(shí)觸發(fā)驅(qū) 動(dòng)模塊。10個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊被同時(shí)觸發(fā),因其延遲的一致性,會(huì)使單片機(jī)的觸發(fā)脈沖同時(shí)加到10個(gè)IGBT的柵極。

  根據(jù)調(diào)制器的要求,由單片機(jī)輸出一定重復(fù)頻率的觸發(fā)脈沖經(jīng)接口保護(hù)電路轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)IGBT的柵極。IGBT在柵極有驅(qū)動(dòng)時(shí)接通,無(wú)驅(qū)動(dòng)時(shí)關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)了可控的開關(guān)功能。IGBT的動(dòng)態(tài)開關(guān)曲線如圖5所示。

對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  根據(jù)圖4所示IGBT參數(shù)可知,在VOC=600V、VGE=±15V、RG=2.4 Ω、TC=25℃、IC=400 A時(shí),ton=0.25μs,toff=0.7μs。從圖5的UCE-t曲線圖看,IGBT的開關(guān)曲線比氫閘流管的開關(guān)曲線更好,更適合于作為脈沖調(diào)制器的開關(guān)管使用。

  由于單片機(jī)的采用,就可以使調(diào)制器的保護(hù)采用軟件保護(hù),這在減少調(diào)制器的體積與重量方面可以做出重大貢獻(xiàn)。

  單個(gè)固態(tài)調(diào)制器的制造成本比氫閘流管調(diào)制器稍高,但是其使用壽命長(zhǎng),也就是說(shuō)性價(jià)比高,況且在性能、構(gòu)造、可維性及可靠性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于氫閘流管調(diào)制器。

  4 仿真過(guò)程及結(jié)果

  仿真軟件使用流行的SIMNLINK。

  設(shè)觸發(fā)脈沖周期為2 ms,脈沖寬度為2μs,如圖6中的第一示波器(圖 的下部),仿真線前端的波形如圖6中的第二示波器(圖的上部)。由第二示波器可見,當(dāng)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí),即IGBT網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)通時(shí),仿真線迅速放電,放電速率為 5 000 V/6μs(即從滿電壓5 000 V至放電完成時(shí)間約為6μs),并且無(wú)反沖。當(dāng)觸發(fā)脈沖過(guò)去時(shí),即IGBT網(wǎng)絡(luò)斷開時(shí),仿真線迅速充電,放電速率為5 000 V/3μs(即從充電開始至滿電壓5 000 V的時(shí)間約為3μs),并且無(wú)反沖。

  由此可見,由IGBT網(wǎng)絡(luò)替代的脈沖開關(guān),完全能滿足脈沖調(diào)制器的要求,其指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了氫閘流管脈沖調(diào)制器。

  5 結(jié)論

  器件固態(tài)化是系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì),固態(tài)脈沖調(diào)制器正是在這一趨勢(shì)的啟發(fā)下提出來(lái)的。所設(shè)計(jì)的固態(tài)脈沖調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高的特點(diǎn),可以快速、方便地對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)的脈沖調(diào)制器進(jìn)行改裝。改裝成本低、周期短,具有很高的實(shí)用價(jià)值。

  IGBT管的安裝與檢測(cè)

  IGBT是絕緣柵雙極型晶體管(Isolated Gate Bipolar Transistor)的簡(jiǎn)稱,它是八十年代初誕生,九十年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合電力電子器件。IGBT是由MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管和BJT雙極型晶體管復(fù)合而成的,其輸入級(jí)為MOSFET,輸出級(jí)為PNP型大功率三極管,它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn),既具有MOSFET器件輸入阻抗高、響應(yīng)速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),又具有雙極型器件通態(tài)電壓低、耐壓高和輸出電流大的優(yōu)點(diǎn),其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間,可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi),在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

  IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來(lái)控制的。IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1左圖可知,當(dāng)柵極加正電壓時(shí),MOSFET 內(nèi)形成溝道,并為PNP晶體管提供基極電流,從而使IGBT導(dǎo)通,此時(shí)高耐壓的 IGBT 也具有低的通態(tài)壓降。在柵極上加負(fù)電壓時(shí),MOSFET 內(nèi)的溝道消失,PNP晶體管的基極電流被切斷,IGBT 即關(guān)斷。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件,在它的柵極—發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓,只有μA級(jí)的漏電流,基本上不消耗功率,顯示了輸入阻抗大的優(yōu)點(diǎn)。圖2和圖3為IGBT的電路符號(hào)。

對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  二、IGBT的檢測(cè)

  IGBT管的檢測(cè)可用指針式萬(wàn)用表的電阻擋來(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。本文以應(yīng)用較多的N型IGBT為例,闡述IGBT的檢測(cè)方法,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。

  1、判斷極性。首先將萬(wàn)用表?yè)茉?R×1K 擋,用萬(wàn)用表測(cè)量各電極之間的電阻,若某一極與其它兩極阻值為無(wú)窮大,調(diào)換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無(wú)窮大,則此極為柵極G。其余兩極再用萬(wàn)用表測(cè)量,若測(cè)得阻值為無(wú)窮大,調(diào)換表筆后測(cè)量阻值較小。則說(shuō)明該IGBT內(nèi)含阻尼管,且在測(cè)量阻值較小的一次中紅表筆接的為集電極C,黑表筆接的為發(fā)射極E。對(duì)于數(shù)字萬(wàn)用表,正常情況下,內(nèi)附阻尼管的IGBT管的C、E極間正向壓降約為0.4V。其它各電極之間的電阻均為無(wú)窮大。否則,管子是壞的。

  對(duì)于不含阻尼二極管的IGBT管,由于三個(gè)電極間的正反向電阻均為無(wú)窮大,故不能用此法判斷。一般地,可從外形上識(shí)別IGBT各電極的名稱,標(biāo)注型號(hào)的一面對(duì)著觀察者,引腳向下,從左至右依次為柵極、集電極和發(fā)射極。

  2 、判斷好壞。將萬(wàn)用表?yè)茉?R×10K 擋,用黑表筆接 IGBT的集電極C,紅表筆接IGBT 的發(fā)射極E,此時(shí)萬(wàn)用表的指示為無(wú)窮大。用手指同時(shí)觸及一下柵極G和集電極C ,這時(shí)IGBT 被觸發(fā)導(dǎo)通,萬(wàn)用表的指針擺向阻值較小的方向,并指示在某一位置,電阻越小,說(shuō)明IGBT的導(dǎo)通壓降越低,其放大能力越強(qiáng)。然后再用手指同時(shí)觸及一下柵極G和發(fā)極E,這時(shí)IGBT阻斷,萬(wàn)用表的指針回至無(wú)窮大。此時(shí)即可判斷IGBT是好的。

  注意:任何指針式萬(wàn)用表均可用于檢測(cè) IGBT。判斷IGBT 的好壞,一定用萬(wàn)用表 R×10K擋,因 R×1K 擋以下各擋萬(wàn)用表內(nèi)部電池電壓太低,檢測(cè)好壞時(shí)不能使IGBT導(dǎo)通而無(wú)法判斷。

  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;實(shí)際維修中IGBT管多為過(guò)電流或過(guò)電壓擊穿損壞。

  三、 IGBT的代換

  由于IGBT工作在大電流、高電壓狀態(tài),工作頻率較高,發(fā)熱量大,因此其故障率較高,又由于其價(jià)格較高,故代換IGBT時(shí),應(yīng)遵循以下原則:

  首先,盡量用原型號(hào)的代換,這樣不僅利于固定安裝,也比較簡(jiǎn)便。其次,如果沒(méi)有相同型號(hào)的管子,可用參數(shù)相近的IGBT來(lái)代換,一般是用額定電流較大的管子代替額定電流較小的,用高耐壓的代替低耐壓的。如果參數(shù)已經(jīng)磨掉,可根據(jù)其額定功率來(lái)代換。

  注意,代換IGBT時(shí),一定要分清其內(nèi)部是否含有快恢復(fù)阻尼二極管。

  四、IGBT的保存

  保存半導(dǎo)體元件的場(chǎng)合,溫度與濕度應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài),不應(yīng)偏離太大。一般地,常溫規(guī)定為5~35℃ ,常濕規(guī)定為45~75%左右。在冬天特別干燥的地區(qū),需用加濕機(jī)加濕。

  裝IGBT模塊的容器,應(yīng)選用不帶靜電的容器。并盡量遠(yuǎn)離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場(chǎng)合。

  在溫度發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象,因此IGBT模塊應(yīng)放在溫度變化較小的地方;

  五、使用注意事項(xiàng)

  IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄, IGBT的UGE的耐壓值為±20V,在IGBT加超出耐壓值的電壓時(shí),會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞的危險(xiǎn)。此外,在柵極—發(fā)射極間開路時(shí),若在集電極與發(fā)射極間加上電壓,則隨著集電極電位的變化,由于集電極有漏電流流過(guò),柵極電位升高,集電極則有電流流過(guò)。這時(shí),如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓,則有可能使IGBT發(fā)熱乃至損壞。

  在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)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(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此,通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào),以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。

  如果柵極回路不合適或者柵極回路完全不能工作時(shí)(珊極處于開路狀態(tài)),若在主回路上加上電壓,則IGBT就會(huì)損壞,為防止這類損壞情況發(fā)生,應(yīng)在柵極一發(fā)射極之間接一只10kΩ左右的電阻。

  此外,由于IGBT為MOS結(jié)構(gòu),對(duì)于靜電就要十分注意。因此,請(qǐng)注意下面幾點(diǎn):

  1、在使用模塊時(shí),手持分裝件時(shí),請(qǐng)勿觸摸驅(qū)動(dòng)端子部份。當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí),要先將人體或衣服上的靜電放電后,再觸摸。

  2、在用導(dǎo)電材料連接IGBT的驅(qū)動(dòng)端子時(shí),在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊;

  3、盡量在底板良好接地的情況下操作。如焊接時(shí),電烙鐵要可靠接地。

  在安裝或更換IGBT時(shí),應(yīng)十分重視IGBT與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻,最好在散熱器與IGBT間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇,當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT發(fā)熱,而發(fā)生故障。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查,一般在散熱片上靠近IGBT的地方安裝有溫度感應(yīng)器,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT工作。

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( 發(fā)表人:易水寒 )

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