GBT(绝缘栅双极晶体管),又称绝缘栅双极晶体管,是由BJT(双极晶体管)和MOS(绝缘栅场效应晶体管)组成的复合全控压驱动功率半导体器件。它的输入是MOSFET,输出是PNP晶体管,所以可以看作是MOS输入的达林顿晶体管。它结合了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降的优点,具有驱动方便、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40 kHz)的特点。它已逐渐取代晶闸管和GTO(门极可关断晶闸管),是新一代电力电子器件。广泛应用于小体积高效率变频电源、电机调速、UPS和逆变焊机。
1.IGBT的工作原理
IGBT由三极控制:栅极(G)、发射极(E)和集电极(C)。如图1所示,IGBT的开关作用是通过施加正向栅极电压形成沟道,为PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。相反,增加反向栅极电压以消除沟道,切断基极电流并关闭IGBT。从图2可以看出,如果在IGBT的栅极和发射极之间施加正驱动电压,MOSFET导通,使得PNP晶体管的集电极和基极处于低阻状态,晶体管导通;如果IGBT的栅极和发射极之间的电压为0V,则MOSFET关断,从而切断PNP晶体管基极电流的供给,使晶体管截止。
图1 IGBT结构图
图2 IGBT电气符号(左)和等效电路图(右)
如果IGBT的栅极和发射极之间的电压,即驱动电压太低,IGBT不能稳定工作;如果它太高,甚至超过栅极和发射极之间的耐受电压,IGBT可能会损坏。同样,如果IGBT的集电极和发射极之间的电压超过允许值,流过IGBT的电流也会超过允许值,导致IGBT的结温超过允许值,IGBT也可能在此时损坏。
2.IGBT极性判断
测试IGBT时,应选用指针式万用表。首先将万用表设置为r×1kω,用万用表测量两极间的电阻。如果一个极和另外两个极之间的电阻是无穷大,换了唱针后这个极和另外两个极之间的电阻还是无穷大,那么这个极就是网格(G)。然后用万用表测量另外两极之间的电阻。如果测得的电阻为无穷大,更换唱针后电阻变小。当测得的电阻较小时,红色探针接触集电极(C ),黑色探针接触发射极(E)。
3 IGBT实物图