مقدمه
در بخش اول با ساختار و نحوهی عملکرد IGBT آشنا شدیم. شباهتها و تفاوتهای آن را با ترانزیستورها و ماسفتهای قدرت را بررسی کردیم. پس از این آشنایی، در این بخش به نحوهی تست این قطعه با کمک مولتیمتر دیجیتال خواهیم پرداخت.
همانطور که در بخش پیش عنوان شد، IGBT از نظر ساختار ترکیبی از یک MOSFET در ورودی (Gate) و یک ترانزیستور دوقطبی در خروجی (Collector–Emitter) است. به همین دلیل، تست آن با مولتیمتر شباهتهایی به تست ماسفت دارد، اما تفاوتهای مهمی نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند.
پیش از شروع باید تأکید کرد که تست با مولتیمتر تنها برای تشخیص خرابیهای واضح (اتصال کوتاه یا خرابی گیت) مناسب است و نمیتواند عملکرد کامل IGBT تحت بار و ولتاژ کاری را ارزیابی کند.
نکات مهم قبل از تست
همانند بخش آشنایی با تست ماسفت با مولتیمتر، پیش از شروع تست، لازم است موارد ایمنی را رعایت کنید. این امر هم برای شخص و هم برای جلوگیری از آسیب به مدار و قطعه از اهمیت بالایی برخوردار است. برای اطلاعات تکمیلی بیشتر میتوانید آن را نیز مطالعه کنید.
- IGBT را حتماً از مدار خارج کنید. تست درونمدار بهدلیل وجود دیودها و مسیرهای موازی قابل اعتماد نیست.
- شارژ گیت IGBT را پیش از هر تست، با اتصال کوتاه کردن گیت به امیتر، تخلیه کنید.
- مانند ماسفت، گیت IGBT نیز به الکتریسیتهی ساکن (ESD) حساس است.
شناسایی پایهها
در صورت نامشخص بودن پایهها، حتماً به دیتاشیت مراجعه کنید. تشخیص پایهها صرفاً با مولتیمتر ممکن است گمراهکننده باشد.
1. تست اتصال کوتاه بین کلکتور و امیتر
مولتیمتر را در حالت تست پیوستگی یا اهم قرار دهید. یک پراپ به کلکتور و پراپ دیگر به امیتر وصل کنید. سپس پراپها را جابهجا کرده و دوباره تست کنید.
در حالت عادی نباید اتصال کوتاه کامل (بوق ممتد یا مقاومت نزدیک صفر) مشاهده کنید. اگر در هر دو جهت اتصال کوتاه وجود داشته باشد IGBT به احتمال زیاد سوخته است. این یکی از خرابیهای رایج در ماسفتهای قدرت است.
2. بررسی سلامت گیت
مولتیمتر را در حالت تست دیود یا اهم قرار دهید و پراپها را بین گیت و امیتر قرار دهید. سپس با اتصال پرابها بین گیت و کلکتور تست را تکرار کنید. همانند مرحلهی قبل نباید اتصال کوتاه دایم و یا مقاومت پایین مشاهده کنید. در غیر این صورت اکسید گیت آسیب دیده و IGBT معیوب است.
4. بررسی دیود داخلی یا هرزگرد (Freewheel Diode)
اکثر IGBTهای قدرت دارای یک دیود موازی داخلی بین کلکتور و امیتر هستند. این یکی از مواردی است که در اختیار داشتن دیتاشیت در هنگام تست IGBT را ضروری میسازد. چرا که ممکن است قطعهی مورد تست فاقد این دیود باشد و انجام این تست و عدم اطلاع از این موضوع باعث تفسیر خطای تست شود.
پس، در صورتی که مطابق دیتاشیت، IGBT تحت تست دارای دیود داخلی است، در حالت تست دیود پایههای کلکتور ـ امیتر را در دو جهت تست کنید. یک جهت باید افت ولتاژ دیود (حدود ۰٫۵ تا ۰٫۸ ولت) مشاهده شود و جهت دیگر باید مدار باز باشد. اگر دیود در هر دو جهت هدایت کند نشان از خرابی دیود دارد. اما اگر افت ولتاژ دیودی در هیچ جهتی مشاهده نشود، مجدداً نشان از خرابی دیود دارد یا IGBT فاقد دیود داخلی است (به دیتا شیت مراجعه کنید).
4. تست روشن و خاموش شدن IGBT با مولتیمتر
برخلاف ماسفت، اکثر IGBTها با ولتاژ خروجی مولتیمتر بهطور کامل روشن نمیشوند. با این حال در برخی مدلها میتوان رفتار نسبی را بررسی کرد. پس با علم به این موضوع مراحل زیر را دنبال کنید:
- با اتصال کوتاه گیت به امیتر، شارژ گیت را تخلیه کنید.
- مولتیمتر را روی تست دیود قرار دهید.
- پراپ منفی را روی امیتر نگه دارید و پراپ مثبت را برای لحظهای به گیت بزنید.
- سپس بین کلکتور و امیتر را تست کنید.
پس از انجام این مراحل در بعضی IGBTها ممکن است کاهش مقاومت نسبی دیده شود اما عدم تغییر الزاماً به معنی خرابی قطعه نیست. به همین دلیل، این تست قطعیت ندارد و فقط جنبهی تکمیلی دارد.
محدودیتهای تست با مولتیمتر
علاوه بر محدودیت ذکر شده در قدم چهارم، مولتیمتر در بسیاری از موارد نمیتواند IGBT را در شرایط واقعی سوئیچینگ تست کند. همچنین خرابیهایی مانند افزایش Vce(sat)، کاهش بهره و خرابی تحت ولتاژ بالا این روش قابل تشخیص نیستند.
به همین دلیل برای تستی قابل اعتماد استفاده از مدار تست، منبع تغذیه و بار واقعی ضروری است.
جمعبندی
در این مطلب سعی شد، تست IGBT به نحوی مختصر، اما کامل توضیح داده شود. با توجه به شباهتها بین IGBT و ماسفت، توصیه میشود مجموعه مطالب آشنایی با ساختار و تست ماسفت را نیز همزمان مطالعه کنید.
همانطور که در این مطلب متوجه شدیم، تست IGBT برخلاف بسیاری قطعات ساده، تنها به کمک مولتیمتر، تست دقیقی نیست و نتیجهی دقیقی از وضعیت سلامت آن ارایه نمیکند. لذا لازم است از روشهای تکمیلی دیگر برای انجام تست استفاده کرد که در بخش بعد به آن پرداخته خواهد شد.