IGBT, auch bekannt als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, ist ein zusammengesetztes, vollgesteuertes, spannungsgesteuertes Leistungshalbleiterbauelement, das aus einem Bipolartransistor (BJT) und einem Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode (MOS) besteht. Sein Eingang ist ein MOSFET und sein Ausgang ein PNP-Transistor. Daher kann er als Darlington-Transistor mit Metalloxidhalbleiter-Eingang betrachtet werden.

Es vereint die Vorteile der hohen Eingangsimpedanz eines MOSFET mit dem geringen Spannungsabfall eines GTR und zeichnet sich durch einfache Ansteuerung, hohe Spitzenstromkapazität, Selbstabschaltung und hohe Schaltfrequenz (10–40 Hz) aus. Es hat Thyristoren und Gate-Turn-Off-Thyristoren (GTO) nach und nach ersetzt und stellt derzeit die am schnellsten wachsende neue Generation leistungselektronischer Bauelemente dar. Es wird häufig in kleinen und hocheffizienten Frequenzumrichtern, Motordrehzahlregelungen, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und Inverter-Schweißgeräten eingesetzt.

Das Funktionsprinzip von IGBT

Der IGBT wird durch Gate G, Emitter E und Kollektor c gesteuert. Wenn die Spannung zwischen Gate und Emitter des IGBT, d. h. die Ansteuerspannung, zu niedrig ist, kann der IGBT nicht stabil arbeiten. Wenn die Spannungsfestigkeit zwischen Gate und Emitter zu hoch ist oder diese sogar überschreitet, kann der IGBT dauerhaft beschädigt werden.

Wenn die Spannung zwischen Kollektor und Emitter des IGBT den zulässigen Wert überschreitet, überschreitet auch der durch den IGBT fließende Strom den Grenzwert, wodurch die Sperrschichttemperatur des IGBT den zulässigen Wert überschreitet. An diesem Punkt kann der IGBT dauerhaft beschädigt werden.

IGBT-Polaritätsbeurteilung

Zum Testen von IGBTs sollte ein analoges Multimeter verwendet werden. Stellen Sie das Multimeter zunächst auf r1k ein und messen Sie den Widerstand zwischen den beiden Polen. Ist der Widerstandswert eines Pols und der anderen Pole unendlich, so ist auch nach dem Wechseln der Sonde der Widerstandswert dieses Pols und der anderen Pole unendlich. Dies ist das Gitter g. Messen Sie den Widerstand zwischen den anderen Polen mit einem Multimeter. Ist der gemessene Widerstand unendlich, verringert er sich nach dem Wechseln der Sonde. Bei einem geringen gemessenen Widerstand berührt die rote Sonde den Kollektor C und die schwarze Sonde den Emitter e.

Beurteilung der IGBT-Qualität

Zur Beurteilung der IGBT-Qualität sollten Sie ein analoges Multimeter wählen (die interne Batteriespannung des elektronischen Multimeters ist zu niedrig) oder stattdessen eine 9-V-Batterie verwenden. Stellen Sie das Multimeter zunächst auf r10k ein (bei r1k ist die interne Spannung zu niedrig, um den IGBT einzuschalten). Verbinden Sie den Kollektor C des IGBT mit einem schwarzen Stift und den roten Prüfstift mit dem Emitter E des IGBT. Der Zeiger des Multimeters zeigt Null an.

Berühren Sie gleichzeitig das Gate G und den Kollektor C mit Ihrem Finger, um den IGBT einzuschalten. Der Zeiger des Multimeters schwenkt deutlich in die Richtung mit dem geringeren Widerstand, der in einer bestimmten Position gehalten werden kann. Berühren Sie anschließend Gate G und Emitter E mit Ihrem Finger. Der IGBT ist nun blockiert, und der Zeiger des Multimeters kehrt während der Erkennung auf Null zurück. Die oben beschriebenen Phänomene sind konsistent, und es kann davon ausgegangen werden, dass der IGBT in Ordnung ist, andernfalls liegt ein Problem mit dem IGBT vor.