Принцип работы IGBT транзисторов основан на применении n-канального МОП-транзистора малой мощности для управления мощным биполярным транзистором. Таким образом, удалось совместить достоинства биполярного и полевого транзистора. Малая управляющая мощность, высокое входное сопротивление, большой уровень пробивных напряжений, малое сопротивление в открытом состоянии — позволяют применять IGBT в цепях с высокими напряжениями и большими токами.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT или БТИЗ) целесообразно использовать в сильноточных, высоковольтных ключевых схемах. Сварочные аппараты, источники бесперебойного питания, приводы электрических двигателей, мощные преобразователи напряжения – вот сфера применения таких элементов.
Названия выводов IGBT: затвор, эмиттер, коллектор.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором способны коммутировать токи в тысячи ампер, напряжение эмиттер-коллектор может достигать несколько киловольт. Но частота работы этих транзисторов значительно ниже, чем частота полевых транзисторов.
Как проверить IGBT транзистор мультиметром
Проверяется IGBT FGH40N60SFD. IGBT часто пробиваются накоротко, такие неисправные транзисторы легко выявить с помощью мультиметра. Перед проверкой IGBT транзистора мультиметром, необходимо обратиться к справочным данным и выяснить назначение его выводов.
Затем произвести следующие действия:
1. Переключить мультиметр в режим «прозвонка». Произвести измерение между затвором и эмиттером для выявления возможного замыкания.
2. Произвести измерение между затвором и коллектором для выявления возможного замыкания.
3. На секунду замкнуть пинцетом или перемычкой эмиттер и затвор. После этого транзистор будет гарантированно закрыт.
4. Соединить щуп мультиметра «V/Ω» с эмиттером, щуп «СОМ» с коллектором. Мультиметр должен показать падение напряжения на внутреннем диоде.
5. Соединить щуп мультиметра «V/Ω» с коллектором, щуп «СОМ» с эмиттером. Мультиметр должен показать отсутствие замыкания и утечки.
Для более надежной проверки IGBT транзистора можно собрать следующую схему:
При замыкании контактов кнопки лампочка должна загораться, при размыкании – тухнуть.
В этом видео показано как проверить IGBT мультиметром:
Чтобы проверить IGBT транзистор мультиметром, необходимо разобраться с понятием биполярного устройства. Тестер при его проверке способен функционировать в разных режимах. Для прозвонки надо следовать инструкции.
Принцип действия
Работа транзистора построена на изменении сопротивления. Элемент включает коллектор, эмиттер, который принимает на себя напряжение. Когда сигнал поступает на проводник, сопротивление уменьшается. Уровень тока зависит от площади контакта. Эмиттер предназначен для сильных токов, осуществляет переход транзистора. Происходит смещение, цепь открывается. Электронный заряд перебегает на базу.
Важно! Роль коллектора — усиление слабого сигнала. Увеличение напряжения на выходе происходит постепенно.
Необходимый минимум сведений
- Т – тестируемый элемент, в нашем случае КТ827А.
- Л – лампочка.
- R – резистор, его номинал рассчитываем по формуле h21Э*U/I, то есть, умножаем величину входящего напряжения на минимальное значение коэффициента усиления (для КТ827A — 750), полученный результат делим на ток нагрузки. Допустим, мы используем лампочку от габаритных огней автомобиля мощностью 5 Вт, ток нагрузки составит 0,42 А (5/12). Следовательно, нам понадобится резистор на 21 кОм (750*12/0,42).
Назначение
Биполярные транзисторы востребованы в разных отраслях. Больше всего они устанавливаются в блоках питания и в инверторах. Если рассматривать сварочный приборы, они находятся на платах управления. Электротранспорт также не обходится без биполярных компонентов. Электровоз, трамвай управляется за счёт них.
Интересно! Бытовые приборы частично содержат элементы. К примеру, IGBT могут встречаться в вентиляционных устройствах, насосах.
Проверка на работоспособность
Проверка IGBT транзисторов мультиметром происходит поэтапно:
- тест затвора,
- замыкание цепи,
- связь с коллектором.
Используя мультиметр, легко разобраться, как проверять IGBT, даже не имея схемы. Если плата управления не отвечает на сигналы, имеет смысл узнать проводимость компонентов. Поскольку в устройстве имеется три выхода, положение щупов мультиметра придется изменять. Действовать необходимо в режиме «прозвонка».
В зависимости от модели используются разные обозначения. Если рассматривать мультиметры российского производства, у них режим обозначается стрелкой вправо. Щупы устанавливаются в разъемы COM и мА. Важно подвести контакты к затвору и эмиттеру. На транзисторе они располагаются по краям. Если устройство работает нормально, мультиметр покажет «1».
Вторым шагом проверяется связь между коллектором и затвором. Замыкание в цепи приводит к появлению значения «0» на дисплее. Если всё хорошо, раздастся звуковой либо визуальный сигнал. Далее требуется определить связь между эмиттером и затвором. Мультиметр должен быть установлен в режиме прозвонки. Однако теперь интересует напряжение в цепи.
У отечественных моделей оно обозначается, как «V/Ω». Щупы подсоединяются к диоду. Если утечка отсутствует, на экране показывается единица. Распространенной считается схема с использованием 12-вольтовой лампочки. Тумблер устанавливается на выходе. Когда транзистор пропускает ток, лампочка горит.
Важно! Если контакт разорван, индикатор не сработает. Для лампочки требуется источник питания.
Используя мультиметр китайского производителя, тестер необходимо настроить. В режиме сопротивления выставляется значение «-2000». Первым делом осуществляется проверка базы коллектора, далее устанавливается связь с эмиттером. Проще всего работать с цифровым тестером. В данном режиме нормальным считается показатель «500 Ом». Электрики также прозванивают компонент в режиме проверки диодов.
Недостаток метода кроется в том, что элемент должен быть отсоединен от цепи. Прикасаться к затвору во время измерения запрещено. В противном случае уменьшается сопротивление и мультиметр не покажет точное значение.
Теперь понятно, как проверить IGBT транзистор мультиметром. Рассмотрен принцип действия, особенности элементов. Необходимо разбираться в режимах мультиметра, знать инструкцию.
Оценка исправности р-канального устройства
Проверка исправности р-канального полевого транзистора производится таким же образом, что и n-канального. Отличие состоит в том, что в п. 3 к минусу мультиметра надо подключить красный провод, а к плюсу мультиметра – черный провод.
Чтобы выбрать необходимый вариант, как подключить однофазный электродвигатель через конденсатор, требуется исходить из нужных характеристик функционирования агрегата — пусковой, рабочий или смешанный.
Эффективное использование электродвигателей основано на правильном понимании принципа его работы. Асинхронные моторы можно использовать в домашних условиях как генератор.
Выводы:
- Полевые транзисторы типа MOSFET широко используются в технике и радиолюбительской практике.
- Проверку работоспособности таких транзисторов можно осуществить с помощью мультиметра, следуя определенной методике.
- Проверка p-канального полевого транзистора мультиметром осуществляется таким же образом, что и n-канального транзистора, за исключением того, что следует изменить полярность подключения проводов мультиметра на обратную.
Insulated Gate Bipolar Transistor
Заголовок этого раздела переводится как “биполярный транзистор с изолированным затвором” (англ.). Это современный устройство, показавшийся приблизительно в конце прошедшего века и сделавший революцию в силовой электронике. Электроэнергия юзается населением земли уже издавна, по мере развития техники одна часть возникающих заморочек была удачно решена как к примеру, отказ от дорогих магнитных сплавов в пользу дешевенькой стали и медных обмоток возбуждения в движках неизменного тока и магнитах (Вернер Сименс).
Иная часть заморочек долго и упрямо не поддавалась решению. К ней, к примеру, можно отнести юзание переменного тока в электротранспорте.
Электротехнические устройства постоянно содержат элементы коммутации и это самые нездоровые их места. При разрыве почти всех электрических цепей возникает дуга, пережигающая со временем контакты. Сопротивление контактов в эталоне обязано быть не больше, чем самый небольшой участок остальной цепи, но на практике, конкретно благодаря окислам от дуги, в месте контакта возникает завышенное сопротивление. По закону Джоуля-Ленца на этом сопротивлении возникает и рассеивается тепловая мощность пропорциональная сопротивлению и квадрату тока.
Нагрев током места контакта приводит к его ускоренному старению, чем далее, тем скорее, и в итоге цепь выходит из строя.
Полупроводниковые переключатели
Задача хоть какого ключа в электротехнике – обеспечить короткое замыкание. Безупречный ключ это тот, который имеет:
- бесконечно огромное сопротивление в открытом состоянии;
- нулевое время включения (замыкания);
- нулевое сопротивление в замкнутом состоянии;
- нулевое время отключения.
Инженеры долго пробовали употреблять и вакуум, и разные газы, и ртуть, и масло, и золото с платиной, и еще много что, для того, чтоб сделать быстродействующие переключатели, не боящиеся дуги и удачно борющиеся с нею.
Решение нашлось лишь в полупроводниковых х, появившихся к началу 2-ой половины прошедшего века и далековато не сходу. Поначалу полупроводниковые диоды, работавшие на промышленной частоте, потом биполярные транзисторы, переход с германия на кремний, некое увеличение рабочих частот, изобретение тиристора, jfet-транзисторов, приблизительно таковым методом шла электроника к понятию и термину силовой транзисторный ключ (СТК).
В поисках безупречного ключа физики твердого тела и и инженеры дошли до MOSFET: “Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor” (“металл-окисел-полупроводник” МОП-транзистор, транзистор с изолированным затвором). Это классный устройство, который сделал первую революцию в силовой импульсной технике.
Он способен переключать значимые токи всего только присутствием (или отсутствием, в зависимости от типа) электрического поля на затворе. Ток в цепи управления оказался не нужен, но, при повышении рабочих частот пришлось подкармливать током паразитную емкость затвора, и это вызвало свои проблемы.
К недочетам обычных на тот момент биполярных транзисторов относились:
- большой ток в цепи управления;
- малый коэффициент передачи тока;
- сильный разброс характеристик от экземпляра к экземпляру;
- зависимость характеристик от температуры;
- малая допустимая плотность токов в импульсных режимах;
- знакопеременное напряжение на базе для запирания;
- склонность к скоплению тока;
- большое время рассасывания неосновных носителей.
Что касается полевых транзисторов, то они лишены этих недочетов в силу самого принципа собственного устройства.
В них нет p-n перехода со всеми его неуввязками. К недочетам полевого МОП-транзистора относятся достаточно неважные свойства прямой проводимости, в особенности с ростом рабочего напряжения устройств. Биполярные, в этом отношении, могут иметь достаточно маленькое напряжение коллектор-эмиттер в открытом состоянии. MOSFET отыскали для себя не плохое применение в частотной импульсной технике.
Приборы биполярного типа
- Перед проведением прозвонки полевого транзистора цифровым мультиметром устройство отключают от электрической розетки или от аккумуляторов. Последние вынимают из устройства.
- Если красный щуп соединить с истоком, а чёрный — со стоком, то можно рассчитывать, что мультиметр покажет 500 мв. Если на индикаторе можно увидеть эту или превышающую её цифру, то это говорит о том, что транзистор полностью фунукционален.
- В том случае, если эта величина гораздо меньше — 50 или даже 5 мв, то в этом случае можно с высокой вероятностью предположить неисправность.
- Если красный мультиметровый щуп переставить на затвор, а чёрный оставить на прежнем месте, то на индикаторе можно будет увидеть 1000 мв или больше, что говорит об исправности полевого транзистора. Когда разница составляет 50 мв, то это внушает опасение, что деталь испорчена.
- Если чёрный щуп тестера поставить на исток, а красный поместить на затвор, то для работоспособного транзистора можно ожидать на дисплее 100 мв или больше. В тех случаях, когда цифра будет меньше 50 мв, имеется высокая вероятность того, что проверяемая деталь неработоспособна.
IGBT-транзисторы
Объединив положительные свойства биполярных и полевых, с изолированным затвором, транзисторов, можно получить для низкочастотной (имеется в виду промышленная частота Hz) техники очень достойный переключающий элемент – IGBT.
Его обозначение и упрощенная эквивалентная схема показана на рисунке выше. Схема собрана подобно дарлингтоновской для биполярных. Полевой транзистор с n-каналом практически служит усилителем тока с огромным усилением, и отлично открывает связанный с ним биполярный транзистор, который служит силовым в данной паре.
Его эмиттер в данной нам структуре назван коллектором и напротив (по “принципу утки” – по отношению к клеммам устройство частично ведет себя как биполярный транзистор с огромным усилением). В то же время, нельзя считать IGBT обычный схемой, которую “спаяли” из n-канального полевого и pnp-биполярного транзисторов, – это конкретно полупроводниковая структура, а не схема.
Формальные переход база-коллектор биполярной части и канал полевой образуют единую структуру на кристалле.
Область внедрения IGBT транзисторов по электрическим характеристикам лежит от В и выше, по частоте – до 10 кГц. Это как раз отлично подступает для промышленной частоты (в применении частотников). IGBT используются в электроприводах, начиная от маленьких электроинструментов вплоть до электровозов. То, что они работают в области не чрезвычайно больших частот, в отличие от mosfet, устраняет от множества заморочек, связанных с паразитными индуктивностями и емкостями – управляющий транзистор в таковой структуре ощущает себя полностью уютно, его частота переключений сравнимо невелика.
Означает, легче перезаряжать затворную емкость.
Большой проводимости от него, в данном случае, не требуется. Выходной pnp биполярный транзистор устроен таковым образом, что выдерживает огромное обратное напряжение и может работать в инверсном режиме. Простота управления IGBT и область безопасной работы оказались еще выше, чем у биполярных транзисторов. IGBT, как таковые, не имеют встроенного обратного диода, но таковой диод с скорым восстановлением может быть добавлен в схему либо наружным образом, либо интегрирован на кристалле, ежели это необходимо для той области, для которой предназначается прибор.
