开关电源IGBT的可靠性能解析

一、IGBT的简单介绍

绝缘栅双极型晶体管(简称“IGBT”)是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET,输出极为pNp晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样pNp晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOS截止，切断pNp晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET相同也是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。

二、IGBT的可靠性要素

IGBT的安全可靠与否重要由以下因素决定：

1.IGBT栅极与发射极之间的电压;

2.IGBT集电极与发射极之间的电压;

3.流过IGBT集电极-发射极的电流;

4.IGBT的结温。

假如IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，假如过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样，假如加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。

三、IGBT的检测方法

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。

总之，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。

四、IGBT的使用注意事项

由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20~30V.因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点：

1.在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸;在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块;尽量在底板良好接地的情况下操作。

2.在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会出现使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。

3.在栅极-发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过。这时，假如集电极与发射极间存在高电压，则有可能使IGBT发热及至损坏。

总之，在使用IGBT的场合，当栅极回路不正常或栅极回路损坏时(栅极处于开路状态)，若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10KΩ左右的电阻。在安装或更换IGBT模块时，应十分重视IGBT模块与散热片的接触面状态和拧紧程度。为了减少接触热阻，最好在散热器与IGBT模块间涂抹导热硅脂。一般散热片底部安装有散热风扇，当散热风扇损坏中散热片散热不良时将导致IGBT模块发热，而发生故障。因此对散热风扇应定期进行检查，一般在散热片上靠近IGBT模块的地方安装有温度感应器，当温度过高时将报警或停止IGBT模块工作。