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Como Testar IGBTs (INS606)

Os IGBTs são amplamente utilizados em inversores de frequência, controles de potência, fontes chaveadas e conversores DC/DC. Estes componentes possuem características híbridas, com uma porta isolada como um MOSFET e junções entre o coletor e emissor como um transistor bipolar.

INS214S

Um dos testes mais comuns para a prova de um IGBT é o teste dinâmico que consiste em se colocar como carga uma lâmpada de 40 a 100 W no seu coletor e alimentar o circuito com uma tensão de até 100 VDC.

Com a comporta ligada ao emissor do transistor, ele deve permanecer no corte e com isso a lâmpada apagada.

Ligando a comporta ao coletor (o que deve ser feito com um resistor de 10 k ohms), o transistor satura e a lâmpada acende. Este procedimento dinâmico é mostrado na figura 1.

 

Figura 1 – Teste dinâmico do IGBT
Figura 1 – Teste dinâmico do IGBT

 

Se a lâmpada permanecer acesa nas duas prova o IGBT está em curto e se permanecer apagada, o IGBT está aberto. O leitor deve estar atento para a máxima tensão que pode ser aplicada entre a comporta e o emissor do transistor que em geral é 20 V.

Se o teste for feito com tensões maiores, a tensão aplicada à comporta deve ser sempre inferior à 20 V.

No entanto, um teste semelhante pode ser feito com multímetro analógico e mesmo com alguns tipos de multímetros digitais que tenham tensão de prova suficiente para saturá-lo, quando colocados nas escalas de resistências ou teste de diodos.

Para esta finalidade podemos inicialmente fazer um teste de curto-circuito, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Teste com o multímetro
Figura 2 – Teste com o multímetro

 

Medimos inicialmente a resistência entre os terminais de gate e o coletor e depois entre o gate e o emissor.

Nas duas medidas devemos ter leituras de altas resistências. Por alta resistência entendemos valores acima de 10 M ohms.

Se em qualquer das medidas tivermos uma leitura de baixa resistência ou mesmo média (entre 10 k e 1M ohms), o IGBT está inutilizado por curto ou ainda fuga excessiva. Se ele passar neste teste, medimos a resistência entre coletor e emissor.

Num sentido ela deve ser alta e no outro, baixa, pois devemos considerar o diodo de proteção que estes componentes têm, conforme mostra a figura 2.

Uma leitura de baixa resistência nas duas medidas indica um IGBT em curto e uma leitura de resistência algo baixa onde deveria ser muito alta (entre 10 k e 1 M) indica um componente com fugas. Em ambos os casos, o componente não deve ser utilizado.

Dependendo da tensão da bateria do multímetro, pode ser realizado um teste de comutação relativamente simples. Para isso, utilizamos a conexão da figura 3 com o multímetro numa escala intermediária de resistências.

 

Figura 3 – Teste com o multímetro
Figura 3 – Teste com o multímetro

 

Tocando com uma chave de fendas ou fazendo uma ponte entre o gate (g) e o coletor (C) do transistor, ele deve comutar.

Isso fará com que a resistência caia, passando de um valor muito alto para um valor mais baixo que depende das características do IGBT em teste e do próprio multímetro.

No entanto, é preciso levar em conta que a bateria interna de alguns multímetros não tem tensão suficiente para levar o componente a condução.

Para não ter dúvidas se este teste se aplica com o multímetro de que se dispõe, será interessante tentar com um IGBT que sabemos estar em bom estado.

Uma forma de se testar um IGBT com o multímetro no caso de não ser possível a prova direta descrita é a mostrada na figura 4.

 

Figura 4 – Multímetro e fonte externa no teste de IGBT
Figura 4 – Multímetro e fonte externa no teste de IGBT

 

Uma bateria de 9 V ou mesmo uma fonte de tensão maior (20 V) fornece a tensão necessária à polarização do componente e com isso uma leitura de corrente aumentando com o toque pode ser feita para o caso de um componente em bom estado.

 

Circuito de Teste de IGBT

Existem formas simples de se testar um IGBT. No entanto, com o uso de um gerador de funções e de um osciloscópio, podemos ir além e determinar as características do componente em teste.

Na figura 5 mostramos um circuito para esta finalidade. Este circuito serve para a maioria dos IGBTs comuns e é simples de implementar. Também podemos utilizá-lo com finalidade didática para demonstrar as características deste componente.

 

Figura 5 – Circuito de teste para IGBT
Figura 5 – Circuito de teste para IGBT

 

Neste circuito o osciloscópio é ajustado para a função B/A, ou seja, sinais do eixo Y em função do eixo X e a sensibilidade típica dos dois eixos é de 2 V/div.

Veja que também precisamos de uma fonte de alimentação de 6 V para os testes. O gerador de sinais é ajustado para produzir um sinal de 1 kHz modulado em amplitude em 100 Hz com uma profundidade de 1 unidade.

Na figura 6 temos o sinal que deve ser observado para um IGBT em bom estado na simulação feita no Multisim.

 

Figura 6 – Sinal observado no teste do IGBT
Figura 6 – Sinal observado no teste do IGBT

 

Os valores dos componentes utilizados podem ser alterados assim como os sinais de prova, em função das características do IGBT testado.

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