IGBT是何方神圣——知道这些就够了

• 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。

• 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。

• 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

• 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。

图二 IGBT结构图

图三 等效图

其符号见下图四，

• 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

• 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：

• 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。

• 正常情况下，IGBT的三个电极互不导通。

• 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。

• 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。

• 主要参数

• 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；

• 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；

• 集电极电流：集电极允许的最大直流电流；

• 耗散功率：单个管子所允许的最大耗散功率；

• 结温：元件连续工作时芯片的温度；

• 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；

• 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；

• 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；

• 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。
  

• 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