IGBT這個場控器件,也叫絕緣柵雙極型晶體管,用的地方很多。小到家用電器,如電磁爐、開關電源,高大上的就是高鐵也用,在工業用如變頻器、交流電機等,其實很多領域都離不開它。從外觀上看,跟晶體三極管幾乎一個模子。
IGBT的結構圖如下
IGBT屬于三端器件,由柵極(G)、集電極(C)、發射極(E)構成。上圖所示的IGBT雙極型晶體管跟VDMOSFET組合的,其中多出來的一層P+是為了實現對漂移區的電導率進行調制,使IGBT具有很強的流通能力。
IGBT的工作原理:IGBT的簡化等效電路圖如下
這個IGBT是達林頓結構的簡化等效電路圖,由MOSFET跟GTR組成。IGBT的通與斷取決于柵極(F)跟發射極(E)之間的電壓UGE。當IGBT的UGE電壓為正時,且高于其閥值電壓,那么MOSFET內會形成溝道,此時GTR就會得到基極電流使IGBT導通。當柵極與發射極加反向電壓或不供信號,那么MOSFET內的溝道會消失,此時GTR的基極電流會被切斷,使IGBT關斷。由于電導調制效應使得基極電阻RN減小,因此耐高壓的IGBT也具有較小的通態壓降。
電磁爐的IGBT對于電磁爐來說非常重要,可謂是它的心臟,但是這個心臟很容易出事,如果電磁爐發生故障,50%的可能是這個元器件壞了,下圖是電磁爐常用的IBGT管H20R1203,現在價格一般是5塊左右,這要是在以前價格起碼得10塊,這種IGBT管一般是由仙童,不過已被ON收購,還有英飛凌,英飛凌是很多人都認為質量最好的,不僅市場巨大,質量也很好,還有東芝的,國產的不多。
電磁爐電路以及原理
如下圖是電磁爐等效工作原理圖,1、低壓電源主要是5V、12V、18V或者24V低壓供電,是給IC供電、直流風扇供電驅動、IGBT驅動等電路電壓供電;2、功率控制使控制電磁爐的IGBT導通頻率,控制電磁爐輸出功率大小;3、系統檢測主要是檢測鍋具的溫度,也就是NTC溫度,還有IGBT模塊溫度等,從而對系統做出相應的反應;4、顯示電路一般都有數碼屏,主要是顯示各項參數,屬于人機交互,價格低廉一點的也會有LED指示;5、主控制電路是電磁爐諧振電路,產生渦流來產生熱量
如下圖,市電220V經過整流橋DB1、電感L1、電容C1后形成310V脈動直流電,這時候IGBT導通,電流流向:整流橋DB1正端→L1→鍋底加熱線圈→IGBT→整流橋DB1負端,就這樣把電能轉換成磁能并儲存在鍋底加熱線圈當中
當IGBT截止時候,由于鍋底加熱線圈電流不能突變,只能通過放電,把磁場能轉化成電場能,隨后C2又向鍋底加熱線圈放電,這樣不斷充放電,形成諧振,不斷產生渦流。
電磁爐的IGBT是一種場控器件,驅動原理與MOS管基本相同,開通和關斷由柵射極電壓Uge決定:Uge大于開啟電壓Uge(th)時,形成溝道,為晶體管提供電流,IGBT導通,當加反壓或不加信號時候,溝道消失,IGBT關斷。