El Rincón de Sergio

Cómo testear o checar IGBTs – Introducción al mundo de la electrónica de alta potencia.

5 pasos para testear un IGBT

 

Aunque parezca imposible, los elementos de alta potencia son muy similares de testear que los componentes pasivos que todos conocemos y que ya comentábamos en la guía para convertirse un en un experto reparando PCBs. Hoy os traigo los IGBTs, que, aunque parezcan elementos grandes he inaccesibles se pueden testear fácilmente si los llegamos a conocer mejor.

 

 

La Electrónica de Potencia (EP) es una de las ramas de la Electrónica que más se ha desarrollado en los últimos años. Hoy en día la electrónica de potencia es muy importante por no decir imprescindible, dado que es la responsable de la transformación de la energía eléctrica. Un equipo electrónico de potencia consiste básicamente en 2 partes.

 

  1. Circuito de potencia: este se compone de todos aquellos componentes semiconductores de potencia como IGBTs, Transistores, Tiristores, MOSFETs etc que conectan la fuente primaria con la carga.

  2. Circuito de control: este procesa la información del circuito de potencia y genera las señales de excitación que controlan los semiconductores de potencia mencionados arriba.

¿Que es lo que suele pasar? Pues que cuando la parte de potencia que es la que siempre se daña primero, revienta o se quema, sus señales de control pueden ser cortocircuitadas con la carga de la fuente, toda esta corriente puede entrar a la parte de control y generar aún más daño. Pero tranquilo, que esto es reparable y hay muchas empresas que lo hacen. En este artículo pretendo enseñarte lo básico.

 

Tenemos que partir de la base de que el objetivo principal del circuito es conseguir un buen rendimiento en la transformación de la energía, por ello se utilizan semiconductores cómo los IGBTs, que estos trabajan en conmutación todo el tiempo. Las características que hacen al IGBT el protagonista son:

 

  • Tienen 2 estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia (conducción).

  • Pueden controlar el paso de un estado a otro con facilidad y con reducida potencia de control.

  • Son capaces de soportar altas tensiones y elevadas intensidades cuando están bloqueados, con pequeñas caídas de tensión entre sus  extremos, cuando están en conducción.

  • Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro.

Los IGBT o Insulate Gate Bipolar Transistor conmutan circuitos de potencia en muchas áreas de hoy en día como coches eléctricos, trenes, variadores de frecuencia, grandes sistemas de aires acondicionados etc, tienen muchísimas aplicaciones. Y por ello es fundamental saber cómo testearlos si queremos reparar nuestros sistemas antes de tirarlos y reemplazarlos por nuevos.

 

Conociendo un poco los IGBTs

 

Se componen de tres terminales básicos, aunque nos los encontremos con diferentes encapsulados en el que puede haber uno o más IGBTs.

 

Seguro que el símbolo te suena familiar. Los IGBTs combinan las características de los MOSFET en su “Gate” con la capacidad de alta corriente y la baja saturación de voltaje de los transistores bipolares, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar de potencia como interruptor, todo ello en un solo dispositivo.

 

Nos los vamos a encontrar en aplicaciones de mediana a alta potencia, cómo fuentes de alimentación conmutadas, controles de tracción y las mencionadas más arriba. Los módulos IGBTs grandes normalmente consisten en varios dispositivos en paralelo que pueden soportar grandes capacidades de corriente del orden de cientos de amperios con tensiones de bloqueo de 6000V, lo que equivale a cientos de Kilowatios. Por ello toma las debidas precauciones cuando lidies con IGBTs de potencia. Normalmente estos están conectados al lado de grandes capacitancias que pueden tener almacenados corrientes significativas que nos pueden hacer daño, tanto a nosotros como al conjunto electrónico. Abajo un esquema típico de un variador de frecuencia.

 

¡Vamos al grano!

 

Cómo hemos dicho los IGBTs combinan las ventajas de los MOSFET y de los transistores bipolares, como se muestra en la imagen de abajo. Este sería el circuito equivalente de la combinación mencionada.

 

Cómo vemos la entrada tiene la estructura de un MOSFET y a la salida un gran transistor PNP. La corriente de activación del PNP viene a través de canal de entrada. Además del transistor PNP hay también un NPN que está diseñado para estar inactivo cortocircuitando la base y el emisor al metal del MOSFET.  Las 4 capas de PNPN que comprende el transistor PNP y el NPN forman una estructura cómo la de un tiristor, que dan lugar a la posibilidad de actuar cómo un interruptor controlado.

 

Ahora que ya sabemos esto…

 

¿Cómo chequeo/testeo/pruebo un IGBT?

5 pasos para comprobar un IGBT

 

 

Vamos a testear el IGBT con un simple multímetro en el modo diodo. IGBT – CM50DY-12H

 

Paso 1

Cortocircuitamos G1 con E1 y G2 con E2

 

Paso2

Con el multímetro en modo diodo, comprobamos entre C1 y C2E1 para comprobar la unión semiconductora. Con la sonda positiva (+) en C1 y la negativa (-) en C2E1, el multímetro debería marcar cómo circuito abierto. Si cambiamos las sondas de posición deberemos ver la caída de voltaje del diodo.

 

Paso3

Comprueba la unión entre C2E1 y E2. Con la sonda positiva (+) en C2E1 y la negativa (+) en E2, deberás ver un circuito abierto. Si le damos la vuelta a las sondas, veremos la caída del diodo de protección de nuevo. Hasta aquí todo fácil tan solo se trata de testear si el diodo de protección está dañado o con fugas. Si todavía no sabes cómo testear un diodo, mira de nuevo la guía que tengo sobre cómo testear componentes aquí.

 

Paso 4
Conecta una batería de 6v con el terminal positivo (+) a la puerta G1 y el terminal negativo a E1. Usando el multímetro en modo diodo, deberías de ver la caída de tensión del diodo en ambos sentidos, posicione las sondas entre C1 y C2E1 y viceversa.

 

Paso 5

Ahora conecta la batería (+) en G2 y (-) en E2. De igual manera que antes, deberías ver en ambos sentidos la caída de voltaje de un diodo entre C2E1 y E2.


Si todos los pasos están bien, significa que el IGBT está Bueno.
 

 

Estos son unos pasos de testeo fáciles con herramientas que tenemos a mano como un simple multímetro y una batería. Incluso con 2 multímetros se podría hacer, usando uno de ellos como fuente de voltaje poniendo su impedancia al mínimo, aunque tendríamos que conocer su voltaje real.

 

En la pestaña de “testea tú mismo” iré poniendo más opciones sobre como testear IGBTs, dentro y fuera del circuito, cómo encontrar un similar y cómo testearlos bajo carga. Si te ha gustado deja tu comentario.

 

     

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