淺析IGBT的檢測(cè)方法

　　IGBT有三個(gè)電極，分別稱為柵極G(也叫控制極或門極)、集電極C(亦稱漏極)及發(fā)射極E(也稱源極)

　　一、用指針式萬用表對(duì)場效應(yīng)管進(jìn)行判別

　　(1)用測(cè)電阻法判別結(jié)型場效應(yīng)管的電極

　　根據(jù)場效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法：將萬用表撥在R×1k檔上，任選兩個(gè)電極，分別測(cè)出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時(shí)，則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因?yàn)閷?duì)結(jié)型場效應(yīng)管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個(gè)電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)電極，測(cè)其電阻值。當(dāng)出現(xiàn)兩次測(cè)得的電阻值近似相等時(shí)，則黑表筆所接觸的電極為柵極，其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測(cè)出的電阻值均很大，說明是PN結(jié)的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場效應(yīng)管，且黑表筆接的是柵極;若兩次測(cè)出的電阻值均很小，說明是正向PN結(jié)，即是正向電阻，判定為P溝道場效應(yīng)管，黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況，可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測(cè)試，直到判別出柵極為止。

　　(2)用測(cè)電阻法判別場效應(yīng)管的好壞

　　測(cè)電阻法是用萬用表測(cè)量場效應(yīng)管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應(yīng)管手冊(cè)標(biāo)明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法：首先將萬用表置于R×10或R×100檔，測(cè)量源極S與漏極D之間的電阻，通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊(cè)中可知，各種不同型號(hào)的管，其電阻值是各不相同的)，如果測(cè)得阻值大于正常值，可能是由于內(nèi)部接觸不良;如果測(cè)得阻值是無窮大，可能是內(nèi)部斷極。然后把萬用表置于R×10k檔，再測(cè)柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值，當(dāng)測(cè)得其各項(xiàng)電阻值均為無窮大，則說明管是正常的;若測(cè)得上述各阻值太小或?yàn)橥?，則說明管是壞的。要注意，若兩個(gè)柵極在管內(nèi)斷極，可用元件代換法進(jìn)行檢測(cè)。

　　(3)用感應(yīng)信號(hào)輸人法估測(cè)場效應(yīng)管的放大能力

　　具體方法：用萬用表電阻的R×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，給場效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓，此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結(jié)型場效應(yīng)管的柵極G，將人體的感應(yīng)電壓信號(hào)加到柵極上。這樣，由于管的放大作用，漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發(fā)生變化，也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化，由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極表針擺動(dòng)較小，說明管的放大能力較差;表針擺動(dòng)較大，表明管的放大能力大;若表針不動(dòng)，說明管是壞的。

　　根據(jù)上述方法，我們用萬用表的R×100檔，測(cè)結(jié)型場效應(yīng)管3DJ2F。先將管的G極開路，測(cè)得漏源電阻RDS為600Ω，用手捏住G極后，表針向左擺動(dòng)，指示的電阻RDS為12kΩ，表針擺動(dòng)的幅度較大，說明該管是好的，并有較大的放大能力。

　　運(yùn)用這種方法時(shí)要說明幾點(diǎn)：首先，在測(cè)試場效應(yīng)管用手捏住柵極時(shí)，萬用表針可能向右擺動(dòng)(電阻值減小)，也可能向左擺動(dòng)(電阻值增加)。這是由于人體感應(yīng)的交流電壓較高，而不同的場效應(yīng)管用電阻檔測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同(或者工作在飽和區(qū)或者在不飽和區(qū))所致，試驗(yàn)表明，多數(shù)管的RDS增大，即表針向左擺動(dòng);少數(shù)管的RDS減小，使表針向右擺動(dòng)。但無論表針擺動(dòng)方向如何，只要表針擺動(dòng)幅度較大，就說明管有較大的放大能力。第二，此方法對(duì)MOS場效應(yīng)管也適用。但要注意，MOS場效應(yīng)管的輸人電阻高，柵極G允許的感應(yīng)電壓不應(yīng)過高，所以不要直接用手去捏柵極，必須用于握螺絲刀的絕緣柄，用金屬桿去碰觸柵極，以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極，引起柵極擊穿。第三，每次測(cè)量完畢，應(yīng)當(dāng)G-S極間短路一下。這是因?yàn)镚-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷，建立起VGS電壓，造成再進(jìn)行測(cè)量時(shí)表針可能不動(dòng)，只有將G-S極間電荷短路放掉才行。

　　(4)用測(cè)電阻法判別無標(biāo)志的場效應(yīng)管

　　首先用測(cè)量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳，也就是源極S和漏極D，余下兩個(gè)腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測(cè)的源極S與漏極D之間的電阻值記下來，對(duì)調(diào)表筆再測(cè)量一次，把其測(cè)得電阻值記下來，兩次測(cè)得阻值較大的一次，黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來的S、D極，還可以用估測(cè)其管的放大能力的方法進(jìn)行驗(yàn)證，即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是8極，兩種方法檢測(cè)結(jié)果均應(yīng)一樣。當(dāng)確定了漏極D、源極S的位置后，按D、S的對(duì)應(yīng)位置裝人電路，一般G1、G2也會(huì)依次對(duì)準(zhǔn)位置，這就確定了兩個(gè)柵極G1、G2的位置，從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。

　　(5)用測(cè)反向電阻值的變化判斷跨導(dǎo)的大小

　　對(duì)VMOSN溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管測(cè)量跨導(dǎo)性能時(shí)，可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D，這就相當(dāng)于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開路的，管的反向電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔，此時(shí)表內(nèi)電壓較高。當(dāng)用手接觸柵極G時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化，其變化越大，說明管的跨導(dǎo)值越高;如果被測(cè)管的跨導(dǎo)很小，用此法測(cè)時(shí)，反向阻值變化不大。

　　二、場效應(yīng)管的使用注意事項(xiàng)

　　(1)為了安全使用場效應(yīng)管，在線路的設(shè)計(jì)中不能超過管的耗散功率，最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數(shù)的極限值。

　　(2)各類型場效應(yīng)管在使用時(shí)，都要嚴(yán)格按要求的偏置接人電路中，要遵守場效應(yīng)管偏置的極性。如結(jié)型場效應(yīng)管柵源漏之間是PN結(jié)，N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負(fù)偏壓，等等。

　　(3)MOS場效應(yīng)管由于輸人阻抗極高，所以在運(yùn)輸、貯藏中必須將引出腳短路，要用金屬屏蔽包裝，以防止外來感應(yīng)電勢(shì)將柵極擊穿。尤其要注意，不能將MOS場效應(yīng)管放人塑料盒子內(nèi)，保存時(shí)最好放在金屬盒內(nèi)，同時(shí)也要注意管的防潮。

　　(4)為了防止場效應(yīng)管柵極感應(yīng)擊穿，要求一切測(cè)試儀器、工作臺(tái)、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時(shí)，先焊源極;在連入電路之前，管的全部引線端保持互相短接狀態(tài)，焊接完后才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時(shí)，應(yīng)以適當(dāng)?shù)姆绞酱_保人體接地如采用接地環(huán)等;當(dāng)然，如果能采用先進(jìn)的氣熱型電烙鐵，焊接場效應(yīng)管是比較方便的，并且確保安全;在未關(guān)斷電源時(shí)，絕對(duì)不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場效應(yīng)管時(shí)必須注意。

　　(5)在安裝場效應(yīng)管時(shí)，注意安裝的位置要盡量避免靠近發(fā)熱元件;為了防管件振動(dòng)，有必要將管殼體緊固起來;管腳引線在彎曲時(shí)，應(yīng)當(dāng)大于根部尺寸5毫米處進(jìn)行，以防止彎斷管腳和引起漏氣等。

　　對(duì)于功率型場效應(yīng)管，要有良好的散熱條件。因?yàn)楣β市蛨鲂?yīng)管在高負(fù)荷條件下運(yùn)用，必須設(shè)計(jì)足夠的散熱器，確保殼體溫度不超過額定值，使器件長期穩(wěn)定可靠地工作。

　　總之，確保場效應(yīng)管安全使用，要注意的事項(xiàng)是多種多樣，采取的安全措施也是各種各樣，廣大的專業(yè)技術(shù)人員，特別是廣大的電子愛好者，都要根據(jù)自己的實(shí)際情況出發(fā)，采取切實(shí)可行的辦法，安全有效地用好場效應(yīng)管。

　　三、VMOS場效應(yīng)管

　　VMOS場效應(yīng)管(VMOSFET)簡稱VMOS管或功率場效應(yīng)管，其全稱為V型槽MOS場效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高(≥108W)、驅(qū)動(dòng)電流小(0.1μA左右)，還具有耐壓高(最高1200V)、工作電流大(1.5A～100A)、輸出功率高(1～250W)、跨導(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點(diǎn)集于一身，因此在電壓放大器(電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍)、功率放大器、開關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。

　　VMOS場效應(yīng)功率管具有極高的輸入阻抗及較大的線性放大區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是其具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，即在柵-源電壓不變的情況下，導(dǎo)通電流會(huì)隨管溫升高而減小，故不存在由于“二次擊穿”現(xiàn)象所引起的管子損壞現(xiàn)象。因此，VMOS管的并聯(lián)得到廣泛應(yīng)用。

　　眾所周知，傳統(tǒng)的MOS場效應(yīng)管的柵極、源極和漏極大大致處于同一水平面的芯片上，其工作電流基本上是沿水平方向流動(dòng)。VMOS管則不同，從圖1上可以看出其兩大結(jié)構(gòu)特點(diǎn):第一，金屬柵極采用V型槽結(jié)構(gòu);第二，具有垂直導(dǎo)電性。由于漏極是從芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流動(dòng)，而是自重?fù)诫sN+區(qū)(源極S)出發(fā)，經(jīng)過P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū)，最后垂直向下到達(dá)漏極D。電流方向如圖中箭頭所示，因?yàn)榱魍ń孛娣e增大，所以能通過大電流。由于在柵極與芯片之間有二氧化硅絕緣層，因此它仍屬于絕緣柵型MOS場效應(yīng)管。

　　國內(nèi)生產(chǎn)VMOS場效應(yīng)管的主要廠家有877廠、天津半導(dǎo)體器件四廠、杭州電子管廠等，典型產(chǎn)品有VN401、VN672、VMPT2等。

　　下面介紹檢測(cè)VMOS管的方法。

　　1.判定柵極G

　　將萬用表撥至R×1k檔分別測(cè)量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大，并且交換表筆后仍為無窮大，則證明此腳為G極，因?yàn)樗土硗鈨蓚€(gè)管腳是絕緣的。

　　2.判定源極S、漏極D

　　由圖1可見，在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié)，因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異，可識(shí)別S極與D極。用交換表筆法測(cè)兩次電阻，其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是S極，紅表筆接D極。

　　3.測(cè)量漏-源通態(tài)電阻RDS(on)

　　將G-S極短路，選擇萬用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。

　　由于測(cè)試條件不同，測(cè)出的RDS(on)值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實(shí)測(cè)一只IRFPC50型VMOS管，RDS(on)=3.2W，大于0.58W(典型值)。

　　4.檢查跨導(dǎo)

　　將萬用表置于R×1k(或R×100)檔，紅表筆接S極，黑表筆接D極，手持螺絲刀去碰觸柵極，表針應(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)愈大，管子的跨導(dǎo)愈高。

　　注意事項(xiàng)：

　　(1)VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。對(duì)于P溝道管，測(cè)量時(shí)應(yīng)交換表筆的位置。

　　(2)有少數(shù)VMOS管在G-S之間并有保護(hù)二極管，本檢測(cè)方法中的1、2項(xiàng)不再適用。

　　(3)目前市場上還有一種VMOS管功率模塊，專供交流電機(jī)調(diào)速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊，內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只，構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu)。

　　(4)現(xiàn)在市售VNF系列(N溝道)產(chǎn)品，是美國Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場效應(yīng)管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號(hào)低頻跨導(dǎo)gm=2000μS。適用于高速開關(guān)電路和廣播、通信設(shè)備中。

　　(5)使用VMOS管時(shí)必須加合適的散熱器后。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4(mm)的散熱器后，最大功率才能達(dá)到30W。

　　(6)多管并聯(lián)后，由于極間電容和分布電容相應(yīng)增加，使放大器的高頻特性變壞，通過反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此，并聯(lián)復(fù)合管管子一般不超過4個(gè)，而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。

　　檢測(cè)絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)好壞的簡易方法

　　1、判斷極性

　　首先將萬用表撥在R×1KΩ擋，用萬用表測(cè)量時(shí)，若某一極與其它兩極阻值為

　　無窮大，調(diào)換表筆后該極與其它兩極的阻值仍為無窮大，則判斷此極為柵極(G)。其余兩極再用萬用表測(cè)量，若測(cè)得阻值為無窮大，調(diào)換表筆后測(cè)量阻值較小。在測(cè)量阻值較小的一次中，則判斷紅表筆接的為集電極(C);黑表筆接的為發(fā)射極(E)。

　　2、判斷好壞

　　將萬用表撥在R×10KΩ擋，用黑表筆接IGBT的集電極(C)，紅表筆接IGBT的發(fā)射極(E)，此時(shí)萬用表的指針在零位。用手指同時(shí)觸及一下柵極(G)和集電極(C)，這時(shí)IGBT被觸發(fā)導(dǎo)通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時(shí)觸及一下柵極(G)和發(fā)射極(E)，這時(shí)IGBT被阻斷，萬用表的指針回零。此時(shí)即可判斷IGBT是好的。

　　3、注意事項(xiàng)

　　任何指針式萬用表皆可用于檢測(cè)IGBT。注意判斷IGBT好壞時(shí)，一定要將萬用表撥在R×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內(nèi)部電池電壓太低，檢測(cè)好壞時(shí)不能使IGBT導(dǎo)通，而無法判斷IGBT的好壞。此方法同樣也可以用于檢測(cè)功率場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)的好壞。變頻器、軟起動(dòng)器、PLC、人機(jī)界面、低壓電器、電氣自動(dòng)化工程、恒壓供水設(shè)備、音樂噴泉控制系統(tǒng)、變頻器維修等。