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1、长沙民政职业技术学院电子信息工程系,电力电子技术,2010年6月,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,项目十 认识绝缘门极晶体管(IGBT),【学习目标】 观察绝缘门极晶体管IGBT的外形,让同学们认识器件的外形结构、端子及型号。 通过测试,会判别器件的端子、判断器件的好坏。 掌握器件的基本参数,学会器件的选择,培养成本核算意识。 一、项目分析 变频器的逆变电路是通过控制功率开关管的导通与截止,将直流电转换为频率和电压都任意可调的交流电源。绝缘门极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)也称绝缘栅极双极型晶体管,是一种新发展起来的复合型电力电子器件。
2、由于它结合了MOSFET和GTR的特点,既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点,又具有输入通态电压低,耐压高和承受电流大的优点,是变频器理想的开关。那么,IGBT的基本结构和工作原理是怎样的?如何选择?使用时有哪些需要注意的问题?下面来介绍相关知识。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,二、相关知识 (一)绝缘门极晶体管(IGBT)的结构和基本工作原理 1IGBT的基本结构,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2工作原理 IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同,它是一种压控型器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的,当UGE为正且大于开启电压UGE(th)
3、时,MOSFET内形成沟道,并为晶体管提供基极电流使其导通。当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时,MOSFET内的沟道消失,晶体管无基极电流,IGBT关断。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(二)IGBT的基本特性与主要参数 1IGBT的基本特性 (1)静态特性,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(2)动态特性,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2主要参数 1)集电极发射极额定电压UCES:这个电压值是厂家根据器件的雪崩击穿电压而规定的,是栅极发射极短路时IGBT能承受的耐压值,即UCES值小于等于雪崩击穿电压。 2)栅极发射极额定电压UGES:IGBT是电压控制器件,靠加到栅极的
4、电压信号控制IGBT的导通和关断,而UGES就是栅极控制信号的电压额定值。目前,IGBT的UGES值大部分为+20V,使用中不能超过该值。 3)额定集电极电流IC:该参数给出了IGBT在导通时能流过管子的持续最大电流。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(三)IGBT的驱动电路 1对驱动电路的要求 1)IGBT是电压驱动的,具有一个2.55.0V的阀值电压,有一个容性输入阻抗,因此IGBT对栅极电荷非常敏感,故驱动电路必须很可靠,保证有一条低阻抗值的放电回路,即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。 2)用内阻小的驱动源对栅极电容充放电,以保证栅极控制电压UCE有足够陡的前后沿,使IGBT的开关
5、损耗尽量小。另外,IGBT开通后,栅极驱动源应能提供足够的功率,使IGBT不退出饱和而损坏。 3)驱动电路中的正偏压应为+12+15V,负偏压应为-2-10V。 4)IGBT多用于高压场合,故驱动电路与整个控制电路在电位上应严格隔离。 5)驱动电路应尽可能简单实用,具有对IGBT的自保护功能,并有较强的抗干扰能力。 6)若为大电感负载,IGBT的关断时间不宜过短,以限制di/dt所形成的尖峰电压,保证IGBT的安全。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2驱动电路,阻尼滤波,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,光电隔离,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(四)IGBT的保护电路,长沙民政职业
6、技术学院电子信息工程系,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,三、项目实施 (一)认识IGBT外形,IGBT外形如图所示。对于TO封装的IGBT管的管脚排列是将管脚朝下,标型号面朝自己,从左到右数,1脚:栅极或称门极(G),2脚:集电极(C),3脚:发射极(E),如图(a)。对于IGBT模块,器件上一般标有管脚,如图(b)。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(二)解释IGBT型号的含义 (1)IGBT型号的含义 IGBT管各国厂家的型号命名不尽相同,但大致有以下规律: 1)管子型号前半部分数字表示该管的最大工作电流值,如:G40、20N就分别表示其最大工作
7、电流为40A、20A。 2)管子型号后半部分数字则表示该管的最高耐压值,如:G150、N120x就分别表示最高耐压值为1.5kV、1.2kV。 3)管子型号后缀字母含“D”则表示该管内含阻尼二极管。但未标“D”并不一定是无阻尼二极管,因此在检修时一定要用万用表检测验证,避免出现不应有的损失。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(三)IGBT的简单测试 (1)IGBT管脚判别 将万用表拨在 R1K 挡,用万用表测量时,若某一极与其它两极阻值为无穷大,调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大,则判断此极为栅极( G )。其余两极再用万用表测量,若测得阻值为无穷大,调换表笔后测量阻值较小。在测量阻
8、值较小的一次中,则判断红表笔接的为集电极( C ) :黑表笔接的为发射极( E )。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(2)IGBT测试 判断好坏用万用表的 R10K档,将黑表笔接 IGBT 的集电极( C ) ,红表笔接 IGBT 的发时极 ( E ) ,此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极( G )和集电极( C ) ,这时IGBT 被触发导通,万用表的指针摆向阻值较小的方向,并能指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极( G )和发射极( E ) ,这时 IGBT 被阻断,万用表的指针回零。此时即可判断 IGBT 是好的。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(3)测量器件并记录数据 用万用表测试两只IGBT管三个管脚之间的电阻,将所测数据填入表中,并判断被测管子的好坏。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,(四)项目实施标准,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,THE END,