Как проверить igbt транзистор

Ремонтируя частотные преобразователи и другую силовую электронику столкнулись с частым выходом из строя IGBT-транзисторов. Для начинающих специалистов данный компонент представляет повышенную сложность, поскольку его характеристики и принцип управления отличаются от классических биполярных и полевых транзисторов. 

Визуальная простота конструкции нередко вводит в заблуждение и приводит к ошибкам при диагностике. Некорректная проверка IGBT может стать причиной повторного отказа узла после ремонта. В данном материале рассмотрены доступные и технически корректные методы проверки IGBT-транзистора, применимые для первичной диагностики без использования дорогостоящего измерительного оборудования.

Назначение и преимущества IGBT

Многие конструктивные и эксплуатационные недостатки биполярных и классических полевых транзисторов были устранены в IGBT транзисторах. Данный тип силовых полупроводниковых приборов сочетает в себе преимущества MOSFET и биполярного транзистора. IGBT транзистор управляется напряжением на затворе, что упрощает схемы управления и снижает нагрузку на драйвер. При этом он способен коммутировать высокие токи в цепи коллектор-эмиттер и устойчиво работать при повышенных значениях напряжения коллектор-эмиттер, что особенно важно для силовой электроники.

Благодаря таким характеристикам IGBT широко применяется в устройствах, где требуется надежное управление большой мощностью. Чаще всего IGBT транзисторы используются в следующих областях:

• сварочные инверторы
  
• системы управления мощными электродвигателями
  
• зарядные устройства
  
• импульсные блоки питания, включая модуль PFC
  
• электротранспорт, в том числе электросамокаты
  
• частотные преобразователи
  
• электромобили
  
• лифтовое оборудование
  

Основными преимуществами IGBT транзисторов являются:

• малая мощность, необходимая для управления затвором
  
• высокая скорость переключения в импульсных режимах
  
• небольшие потери мощности в открытом состоянии
  
• высокое номинальное напряжение силового канала
  
• малое сопротивление между коллектором и эмиттером при открытии
  

Среди наиболее распространенных и доступных моделей можно выделить IGBT транзисторы серии 40N60 в корпусе TO-247, а также 60N60. Эти элементы часто применяются в ремонте и модернизации силовых блоков, благодаря чему хорошо знакомы как начинающим, так и практикующим электронщикам.

IGBT транзисторы

Обозначение IGBT

IGBT (только NPN структура) является составным транзистором. Входная часть имеет вид полевого транзистора (Затвор), а выходная часть – биполярного транзистора (Коллектор-Эмиттер). 

На схемах обозначается: VT или Q

Выводы биполярного транзистора с изолированным затвором он же (IGBT) обозначаются:

• G – GATE (Затвор)
• C – COLLECTOR (Коллектор)
• E – EMITTER (Эмиттер)

Выводы IGBT транзистора

Параметры IGBT

Перед проверкой полезно понимать основные параметры БТИЗ. Они помогают оценить исправность элемента.

Ключевые параметры IGBT:

• максимальное напряжение коллектор-эмиттер
  
• допустимый ток коллектора
  
• напряжение управления затвором
  
• мощность рассеивания
  
• сопротивление в открытом состоянии

Для начинающих специалистов важно учитывать следующее правило. Пробой IGBT по напряжению, как правило, сопровождается образованием устойчивого короткого замыкания в цепи коллектор-эмиттер. Повреждение затвора приводит к нарушению изоляции управляющего перехода и полностью исключает возможность корректного управления транзистором.

Для примера возьмем: Транзистор IGBT IRG4PF50WD (G4PF50WD). Напряжение 900 V и ток 51 А.

Неисправности IGBT

IGBT-транзисторы относятся к силовым полупроводниковым приборам и в процессе эксплуатации работают в условиях повышенных электрических и тепловых нагрузок. Основными причинами отказа являются перегрев кристалла, превышение допустимого тока коллектора, а также перенапряжение в цепи коллектор-эмиттер. В зависимости от характера повреждения неисправность может быть полной либо частичной, что существенно влияет на методы диагностики.

К типовым неисправностям IGBT относятся:

• устойчивое короткое замыкание в цепи коллектор-эмиттер
  
• пробой или деградация изоляции затвора
  
• увеличение тока утечки в закрытом состоянии
  
• нарушение или потеря управляющей способности
  
• аномальный нагрев при номинальной или пониженной нагрузке
  

При полном пробое силового канала неисправность, как правило, легко выявляется при измерении мультиметром. Частичные дефекты диагностируются значительно сложнее, так как при статических измерениях транзистор может выглядеть исправным. Подобные повреждения проявляются только в динамическом режиме при работе под нагрузкой, выражаясь в нестабильной коммутации, росте потерь мощности и повышенном тепловыделении.

Неисправные IGBT

Проверка IGBT транзистора мультиметром

Для базовой проверки достаточно обычного мультиметра. БТИЗ необходимо выпаять из платы. Выполняя измерения в электронном устройстве, результат может быть искажен.

Важно помнить. Мультиметр не показывает состояние транзистора под нагрузкой. Он выявляет только грубые дефекты.

Последовательность действий при проверке БТИЗ тестером:

• Выяснить маркировку транзистора. Для примера возьмем STGF19NC60KD
• Найти datasheet и узнать расположение выводов электронного ключа

• Перевести прибор в режим диодной прозвонки.
• Оценить целостность прокладки между Затвором и Эмиттером. Для этого красный щуп мультиметра устанавливаем на Затвор, черным щупом касаемся Эмиттера. Если прокладка цела, показания тестера 1 или OL.

• Проверить целостность прокладки между Затвором и Коллектором. Для этого красный щуп мультиметра устанавливаем на Затвор, черным щупом касаемся Коллектора. Если прокладка цела, показания тестера 1 или OL.

• Убеждаемся в закрытии транзистора, кратковременно замкнув пинцетом Затвор и Эмиттер.

• Проверить падение напряжения на встроенном диоде. Для этого красный щуп устанавливаем на Эмиттер, черным щупом касаемся Коллектора. Если диод исправен, тестер покажет падение напряжения примерно 500 мВ. В нашем случае 416 мВ.

Проверка встроенного диода

Схема проверки IGBT

Для полноценной проверки БТИЗ (IGBT) рекомендуется собрать простую схему, состоящую из:

• лабораторного блока питания на 12 В
• лампочки 12 В
• кнопки
• сопротивления 1 кОм
• проверяемого транзистора

Схема проверки IGBT транзистора

Методика проверки следующая:

IGBT транзистор исправный, если при нажатии на кнопку, лампочка загорится, а при отпускании кнопки лампочка погаснет. Во всех остальных случаях (лампа горит вполнакала, не светится совсем, моргает) транзистор неисправен.

Как проверить igbt транзистор esr тестером

Проверка IGBT транзистора ESR-тестером имеет ограничения, так как данный прибор изначально предназначен для измерения эквивалентного последовательного сопротивления конденсаторов, а не силовых полупроводников. Тем не менее ESR-тестер может быть использован для первичной экспресс-диагностики IGBT при соблюдении определенных условий.

Что может показать ESR-тестер при проверке IGBT

Большинство современных ESR-тестеров совмещены с функцией автоматического определения радиоэлементов. В этом режиме прибор анализирует структуру подключенного компонента и пытается определить его тип.

ESR-тестер может:

• определить наличие короткого замыкания
  
• выявить пробой силового канала
  
• показать грубую утечку между выводами
  
• распознать транзистор как неисправный элемент
  

При этом ESR-тестер не проверяет рабочие параметры IGBT под напряжением и нагрузкой.

Порядок проверки IGBT ESR-тестером

1. Полностью обесточьте устройство.
   
2. Выпаяйте IGBT транзистор из схемы.
   
3. Подключите три вывода транзистора к контактам ESR-тестера в произвольном порядке.
   
4. Запустите автоматическое измерение.
   
5. Дождитесь результата на дисплее прибора.
   

Возможные результаты:

• прибор не определяет элемент или указывает «short» – вероятен пробой
  
• элемент определяется некорректно – возможна деградация структуры
  
• прибор показывает наличие диодов и переходов – транзистор может быть исправен

ESR-тестер не способен полноценно проверить IGBT, так как:

• не подает управляющее напряжение на затвор
  
• не проверяет работу под нагрузкой
  
• не оценивает ток коллектора
  
• не выявляет частичные и тепловые дефекты
  

Даже если ESR-тестер показывает «исправный элемент», это не гарантирует работоспособность IGBT в силовой схеме.

ESR-тестер целесообразно использовать:

• для быстрого выявления полного пробоя
  
• при сортировке подозрительных транзисторов
  
• как предварительный этап перед проверкой мультиметром
  
• для начинающих электронщиков на этапе первичной диагностики
  

Проверка IGBT транзистора ESR-тестером носит вспомогательный характер. Прибор позволяет обнаружить грубые дефекты, но не заменяет проверку мультиметром и функциональное тестирование под нагрузкой. Для достоверной оценки состояния IGBT необходимо сочетать несколько методов диагностики и понимать принцип работы силового транзистора.

Выводы

• IGBT транзистор является сложным силовым полупроводниковым элементом, поэтому его диагностика требует понимания конструкции, принципа управления и рабочих режимов, а не только формальных измерений.
  
• Использование мультиметра и ESR-тестера позволяет выявить грубые неисправности, такие как пробой силового канала или затвора, однако эти методы не дают полной картины работоспособности транзистора.
• Неправильная интерпретация результатов измерений может привести к установке заведомо неисправного элемента и повторному выходу из строя силового модуля.
  
• Освоение работы с электронной компонентной базой, включая силовые транзисторы, наиболее эффективно при очном обучении, где формируются практические навыки диагностики, измерений и анализа реальных схем.