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IGBT的检测方法

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供稿:中国工控网 2016/5/16 16:50:45

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  • 关键词: 工控供应链 IGBT检测
  • 摘要:IGBT有三个电极,分别称为栅极G(也叫控制极或门极)、集电极C(亦称漏极)及发射极E(也称源极)。

  IGBT的检测方法

  一、用指针式万用表对场效应管进行判别

  (1)用测电阻法判别结型场效应管的电极

  根据场效应管的PN结正、反向电阻值不一样的现象,可以判别出结型场效应管的三个电极。具体方法:将万用表拨在R×1k档上,任选两个电极,分别测出其正、反向电阻值。当某两个电极的正、反向电阻值相等,且为几千欧姆时,则该两个电极分别是漏极D和源极S。因为对结型场效应管而言,漏极和源极可互换,剩下的电极肯定是栅极G。也可以将万用表的黑表笔(红表笔也行)任意接触一个电极,另一只表笔依次去接触其余的两个电极,测其电阻值。当出现两次测得的电阻值近似相等时,则黑表笔所接触的电极为栅极,其余两电极分别为漏极和源极。若两次测出的电阻值均很大,说明是PN结的反向,即都是反向电阻,可以判定是N沟道场效应管,且黑表笔接的是栅极;若两次测出的电阻值均很小,说明是正向PN结,即是正向电阻,判定为P沟道场效应管,黑表笔接的也是栅极。若不出现上述情况,可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试,直到判别出栅极为止。

  (2)用测电阻法判别场效应管的好坏

  测电阻法是用万用表测量场效应管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极G1与栅极G2之间的电阻值同场效应管手册标明的电阻值是否相符去判别管的好坏。具体方法:首先将万用表置于R×10或R×100档,测量源极S与漏极D之间的电阻,通常在几十欧到几千欧范围(在手册中可知,各种不同型号的管,其电阻值是各不相同的),如果测得阻值大于正常值,可能是由于内部接触不良;如果测得阻值是无穷大,可能是内部断极。然后把万用表置于R×10k档,再测栅极G1与G2之间、栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻值,当测得其各项电阻值均为无穷大,则说明管是正常的;若测得上述各阻值太小或为通路,则说明管是坏的。要注意,若两个栅极在管内断极,可用元件代换法进行检测。

  (3)用感应信号输人法估测场效应管的放大能力

  具体方法:用万用表电阻的R×100档,红表笔接源极S,黑表笔接漏极D,给场效应管加上1.5V的电源电压,此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的栅极G,将人体的感应电压信号加到栅极上。这样,由于管的放大作用,漏源电压VDS和漏极电流Ib都要发生变化,也就是漏源极间电阻发生了变化,由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极表针摆动较小,说明管的放大能力较差;表针摆动较大,表明管的放大能力大;若表针不动,说明管是坏的。

  根据上述方法,我们用万用表的R×100档,测结型场效应管3DJ2F。先将管的G极开路,测得漏源电阻RDS为600Ω,用手捏住G极后,表针向左摆动,指示的电阻RDS为12kΩ,表针摆动的幅度较大,说明该管是好的,并有较大的放大能力。

  运用这种方法时要说明几点:首先,在测试场效应管用手捏住栅极时,万用表针可能向右摆动(电阻值减小),也可能向左摆动(电阻值增加)。这是由于人体感应的交流电压较高,而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同(或者工作在饱和区或者在不饱和区)所致,试验表明,多数管的RDS增大,即表针向左摆动;少数管的RDS减小,使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何,只要表针摆动幅度较大,就说明管有较大的放大能力。第二,此方法对MOS场效应管也适用。但要注意,MOS场效应管的输人电阻高,栅极G允许的感应电压不应过高,所以不要直接用手去捏栅极,必须用于握螺丝刀的绝缘柄,用金属杆去碰触栅极,以防止人体感应电荷直接加到栅极,引起栅极击穿。第三,每次测量完毕,应当G-S极间短路一下。这是因为G-S结电容上会充有少量电荷,建立起VGS电压,造成再进行测量时表针可能不动,只有将G-S极间电荷短路放掉才行。

  (4)用测电阻法判别无标志的场效应管

  首先用测量电阻的方法找出两个有电阻值的管脚,也就是源极S和漏极D,余下两个脚为第一栅极G1和第二栅极G2。把先用两表笔测的源极S与漏极D之间的电阻值记下来,对调表笔再测量一次,把其测得电阻值记下来,两次测得阻值较大的一次,黑表笔所接的电极为漏极D;红表笔所接的为源极S。用这种方法判别出来的S、D极,还可以用估测其管的放大能力的方法进行验证,即放大能力大的黑表笔所接的是D极;红表笔所接地是8极,两种方法检测结果均应一样。当确定了漏极D、源极S的位置后,按D、S的对应位置装人电路,一般G1、G2也会依次对准位置,这就确定了两个栅极G1、G2的位置,从而就确定了D、S、G1、G2管脚的顺序。

  (5)用测反向电阻值的变化判断跨导的大小

  对VMOSN沟道增强型场效应管测量跨导性能时,可用红表笔接源极S、黑表笔接漏极D,这就相当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的,管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档,此时表内电压较高。当用手接触栅极G时,会发现管的反向电阻值有明显地变化,其变化越大,说明管的跨导值越高;如果被测管的跨导很小,用此法测时,反向阻值变化不大。   

  二、场效应管的使用注意事项

  (1)为了安全使用场效应管,在线路的设计中不能超过管的耗散功率,最大漏源电压、最大栅源电压和最大电流等参数的极限值。

  (2)各类型场效应管在使用时,都要严格按要求的偏置接人电路中,要遵守场效应管偏置的极性。如结型场效应管栅源漏之间是PN结,N沟道管栅极不能加正偏压沟道管栅极不能加负偏压,等等。

  (3)MOS场效应管由于输人阻抗极高,所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路,要用金属屏蔽包装,以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意,不能将MOS场效应管放人塑料盒子内,保存时最好放在金属盒内,同时也要注意管的防潮。

  (4)为了防止场效应管栅极感应击穿,要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地;管脚在焊接时,先焊源极;在连入电路之前,管的全部引线端保持互相短接状态,焊接完后才把短接材料去掉;从元器件架上取下管时,应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等;当然,如果能采用先进的气热型电烙铁,焊接场效应管是比较方便的,并且确保安全;在未关断电源时,绝对不可以把管插人电路或从电路中拔出。以上安全措施在使用场效应管时必须注意。

  (5)在安装场效应管时,注意安装的位置要尽量避免靠近发热元件;为了防管件振动,有必要将管壳体紧固起来;管脚引线在弯曲时,应当大于根部尺寸5毫米处进行,以防止弯断管脚和引起漏气等。

  对于功率型场效应管,要有良好的散热条件。因为功率型场效应管在高负荷条件下运用,必须设计足够的散热器,确保壳体温度不超过额定值,使器件长期稳定可靠地工作。

  总之,确保场效应管安全使用,要注意的事项是多种多样,采取的安全措施也是各种各样,广大的专业技术人员,特别是广大的电子爱好者,都要根据自己的实际情况出发,采取切实可行的办法,安全有效地用好场效应管。

  三、VMOS场效应管

  VMOS场效应管(VMOSFET)简称VMOS管或功率场效应管,其全称为V型槽MOS场效应管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高(≥108W)、驱动电流小(0.1μA左右),还具有耐压高(最高1200V)、工作电流大(1.5A~100A)、输出功率高(1~250W)、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身,因此在电压放大器(电压放大倍数可达数千倍)、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。

  VMOS场效应功率管具有极高的输入阻抗及较大的线性放大区等优点,尤其是其具有负的电流温度系数,即在栅-源电压不变的情况下,导通电流会随管温升高而减小,故不存在由于“二次击穿”现象所引起的管子损坏现象。因此,VMOS管的并联得到广泛应用。

  众所周知,传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同,从图1上可以看出其两大结构特点:第一,金属栅极采用V型槽结构;第二,具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂N+区(源极S)出发,经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区,最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示,因为流通截面积增大,所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。

  国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等,典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。

  下面介绍检测VMOS管的方法。

  1.判定栅极G

  将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。

  2.判定源极S、漏极D

  由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极。

  3.测量漏-源通态电阻RDS(on)

  将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧。

  由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。

  4.检查跨导

  将万用表置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。           

  注意事项:

  (1)VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置。

  (2)有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。

  (3)目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构。

  (4)现在市售VNF系列(N沟道)产品,是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。

  (5)使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W。

  (6)多管并联后,由于极间电容和分布电容相应增加,使放大器的高频特性变坏,通过反馈容易引起放大器的高频寄生振荡。为此,并联复合管管子一般不超过4个,而且在每管基极或栅极上串接防寄生振荡电阻。

  检测绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)好坏的简易方法

  1、判断极性

  首先将万用表拨在R×1KΩ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)。

  2、判断好坏

  将万用表拨在R×10KΩ挡,用黑表笔接IGBT的集电极(C),红表笔接IGBT的发射极(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,并能站住指示在某一位置。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。

  3、注意事项

  任何指针式万用表皆可用于检测IGBT。注意判断IGBT好坏时,一定要将万用表拨在R×10KΩ挡,因R×1KΩ挡以下各档万用表内部电池电压太低,检测好坏时不能使IGBT导通,而无法判断IGBT的好坏。此方法同样也可以用于检测功率场效应晶体管(P-MOSFET)的好坏。变频器、软起动器、PLC、人机界面、低压电器、电气自动化工程、恒压供水设备、音乐喷泉控制系统、变频器维修等。

          

审核编辑(王雪)
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