Cách kiểm tra MOSFET và IGBT sống hay chết bằng đồng hồ vạn năng, thay sao cho không chết lại

MOSFET và IGBT là hai loại "công tắc điện tử" công suất nằm ở trái tim của bếp từ, nguồn xung, lò vi sóng inverter, máy giặt và điều hòa inverter. Khi chết, chúng thường chết kiểu chập: chân C với E (hoặc D với S) thông nhau, kéo theo nổ cầu chì, cháy cầu diode, có khi bay cả điện trở mồi. Muốn biết linh kiện còn sống hay không, thợ dùng đồng hồ vạn năng ở thang diode: đo diode thân, kích mở cực G bằng que đo (hoặc pin 9 V), xả G rồi đo lại. Nhưng thay xong mà không tìm ra lý do nó chết thì gần như chắc chắn sẽ nổ lại, nên phần "vì sao chết" ở bài này quan trọng không kém phần đo.

MOSFET và IGBT là gì, khác nhau chỗ nào

Cả hai đều là linh kiện điều khiển bằng điện áp: đặt một điện áp đủ lớn lên cực cổng (gate, G) so với cực nguồn/phát thì linh kiện dẫn, rút điện áp đó về 0 thì linh kiện ngắt. Cực G cách điện với phần còn lại bằng một lớp oxit mỏng, nên G gần như không ăn dòng một chiều. Chính vì vậy G "nhớ" điện tích: chạm que đo vào rồi bỏ ra, linh kiện có thể vẫn dẫn cho đến khi bạn xả G.

• MOSFET (transistor hiệu ứng trường cổng cách điện, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor): ba chân G (cổng), D (máng, drain), S (nguồn, source). Khi dẫn, kênh D-S giống một điện trở rất nhỏ gọi là RDS(on). Bên trong MOSFET công suất luôn có một diode thân (body diode) nối giữa S và D, do cấu trúc bán dẫn tạo ra chứ không phải lắp thêm.
• IGBT (transistor lưỡng cực cổng cách điện, insulated-gate bipolar transistor): ba chân G (cổng), C (góp, collector), E (phát, emitter). Phần điều khiển giống MOSFET, phần dẫn dòng giống transistor lưỡng cực, nên chịu được điện áp cao (1200 V, 1350 V, 1600 V) với tổn hao dẫn thấp. Khi dẫn, C-E có một sụt áp gần như cố định gọi là VCE(sat), khoảng 1,5 đến 2 V ở dòng định mức. IGBT tự nó không có diode thân như MOSFET. Diode ngược C-E (diode dập, freewheeling diode) chỉ có khi nhà sản xuất đóng thêm vào vỏ hoặc tích hợp ngay trên chip.

Cách dùng điển hình:

Thiết bị	Linh kiện thường gặp	Vì sao
Bếp từ đơn (mạch bán cộng hưởng, quasi-resonant)	IGBT 1200 đến 1350 V có diode	Điện áp C-E lúc ngắt vọt lên cỡ nghìn vôn
Bếp từ đôi, bếp công nghiệp (nửa cầu cộng hưởng)	IGBT 600 đến 650 V có diode	Điện áp mỗi khóa chỉ bằng điện áp bus
Nguồn xung tivi, adapter, nguồn máy tính	MOSFET kênh N 500 đến 900 V	Tần số đóng cắt cao, công suất vừa
Máy giặt, điều hòa, tủ lạnh inverter	Module IGBT hoặc IPM 600 V (6 khóa kèm 6 diode)	Biến tần 3 pha cho máy nén, mô tơ
Bo mạch chủ, mạch sạc, mạch 12 V	MOSFET điện áp thấp, cả kênh N và P	Đóng cắt nguồn, chuyển mạch pin

Theo tài liệu ứng dụng AN2014-01 của Infineon về IGBT dẫn ngược cho bếp từ, các IGBT từ 650 V đến 1600 V đều được dùng trong bếp từ; mạch bán cộng hưởng một khóa đẩy VCE lên vùng khoảng nghìn vôn, còn mạch nửa cầu chỉ cần loại 600 đến 650 V.

Ký hiệu trên bo và cách đọc mã

• Trên bo, IGBT và MOSFET thường đánh ký hiệu Q, IGBT, Q1/Q2, đôi khi T hoặc VT (sơ đồ Trung Quốc). Vỏ hay gặp: TO-247, TO-3P (to, có lỗ bắt vít) cho bếp từ; TO-220, TO-220F (vỏ nhựa cách điện) cho nguồn xung; SOP-8, DPAK cho mạch điện áp thấp.
• Thứ tự chân của đa số IGBT và MOSFET vỏ TO-247/TO-3P/TO-220 nhìn mặt chữ, chân quay xuống: trái là G, giữa là C (hoặc D), phải là E (hoặc S). Datasheet IHW20N120R3, IHW20N120R5 (Infineon), FGA25N120ANTD (onsemi) và GT40QR21 (Toshiba) đều ghi chân 1 là G, chân 2 là C, chân 3 là E. Tấm kim loại phía sau nối với C/D, nên tấm này mang điện áp cao.
• Cách đọc mã:
  • Nhiều mã ghi kiểu "dòng N điện áp": FGA25N120 là 25 A, 1200 V; IHW20N120R3 là 20 A, 1200 V, dòng R3. Chữ "N" là kênh N. Quy ước này không tuyệt đối, phải tra datasheet.
  • Infineon không in nguyên mã trên thân mà in mã đánh dấu (marking): H20R1203 chính là IHW20N120R3, H20MR5 là IHW20N120R5 (theo bảng thông số trong datasheet Infineon). Thợ hay gọi tên theo chữ in trên thân.
  • Mã Nhật theo chuẩn JIS: 2SK... là MOSFET kênh N, 2SJ... là MOSFET kênh P. Mã IR/Infineon dạng IRF9xxx thường là kênh P (ví dụ IRF9540N), IRF không có số 9 đầu thường là kênh N.
  • Trong ký hiệu sơ đồ, IGBT/MOSFET có vẽ diode song song C-E (D-S) thì linh kiện có diode. Datasheet GT40QR21 của Toshiba vẽ rõ diode này và ghi "diode dập tích hợp nguyên khối trên chip IGBT".

Phân biệt kênh N và kênh P

Đặc điểm	MOSFET kênh N	MOSFET kênh P
Mũi tên trong ký hiệu	Chỉ vào trong (về phía kênh)	Chỉ ra ngoài
Diode thân	Anode ở S, cathode ở D (dẫn từ S sang D)	Anode ở D, cathode ở S (dẫn từ D sang S)
Điện áp mở G	G dương hơn S	G âm hơn S (VGS âm)
Ví dụ datasheet	IRFP460: VDS 500 V, ngưỡng VGS(th) 2 đến 4 V	IRF9540N: VDSS −100 V, ngưỡng VGS(th) −2 đến −4 V

IGBT công suất trong thiết bị gia dụng gần như toàn bộ là kênh N.

Dụng cụ cần có

• Đồng hồ vạn năng số có thang diode (biểu tượng diode), loại nào cũng được; nếu có thêm đồng hồ kim thì càng tốt cho phép thử IGBT.
• Pin 9 V và một điện trở khoảng vài kΩ để kích G khi đồng hồ không đủ áp (giải thích bên dưới).
• Tua vít cán cách điện hoặc dây có kẹp cá sấu để chập G với E/S (xả G).
• Bóng đèn sợi đốt 60 đến 100 W mắc nối tiếp nguồn 220 V để thử máy sau khi thay.
• Điện trở công suất (ví dụ vài kΩ, 5 W trở lên) để xả tụ lọc.
• Mỏ hàn công suất lớn, hút thiếc, kem tản nhiệt mới, miếng cách điện (nếu bản gốc có), tua vít lực hoặc tua vít cỡ vừa tay.
• Vòng chống tĩnh điện hoặc ít nhất chạm tay vào vỏ kim loại nối đất trước khi cầm linh kiện.

Vì sao que đo của đồng hồ số đôi khi không kích mở được IGBT

Muốn MOSFET/IGBT dẫn, điện áp G phải vượt ngưỡng mở (threshold). Theo datasheet:

Linh kiện	Ngưỡng mở G	Ghi chú
IRFP460 (MOSFET N 500 V)	VGS(th) 2,0 đến 4,0 V	Đo ở 250 µA
IRF9540N (MOSFET P 100 V)	VGS(th) −2,0 đến −4,0 V	Đo ở −250 µA
IHW20N120R3 (H20R1203)	VGE(th) 5,1 / 5,8 / 6,4 V (min/điển hình/max)	Đo ở 0,5 mA
IHW20N120R5 (H20MR5)	VGE(th) 5,1 / 5,8 / 6,4 V	Đo ở 0,5 mA
FGA25N120ANTD	VGE(th) 3,5 / 5,5 / 7,5 V	Đo ở 25 mA
GT40QR21 (Toshiba)	VGE(OFF) 4,5 đến 7,5 V	Đo ở 40 mA

Điện áp hở mạch ở thang diode của nhiều đồng hồ số chỉ vài vôn. Với MOSFET điện áp thấp, que đo đủ sức mở. Với MOSFET cao áp có thể chỉ mở được một phần. Còn với IGBT bếp từ có ngưỡng 5 đến 7 V thì rất hay không mở. Các bài trên 21ic và 迅维网 (chinafix) cũng nhấn mạnh điều này với đồng hồ kim: phải để thang R×10k (dùng pin cao áp bên trong) mới kích được IGBT, các thang từ R×1k trở xuống pin quá thấp nên không kết luận được. Vì vậy, IGBT không mở bằng que đo chưa chắc đã hỏng: hãy kích bằng pin 9 V như hướng dẫn ở mục sau. Pin 9 V vẫn dưới giới hạn VGE ±20 V của Infineon/onsemi và ±25 V của Toshiba.

Cách đo MOSFET và IGBT từng bước

Nguyên tắc chung trước khi đo

1. Rút điện, chờ và xả tụ lọc sau cầu diode (bus khoảng 300 V một chiều) bằng điện trở công suất, đo lại bằng thang DC xem đã về gần 0 V.
2. Xác định chân theo datasheet hoặc theo thứ tự G-C-E (G-D-S) phổ biến.
3. Trước mỗi lần đo, chập G với E (hoặc S) để xả điện tích cũ. Nếu không, linh kiện có thể còn đang dẫn từ lần chạm trước và bạn sẽ tưởng nó chập.
4. Thang diode của đồng hồ số: que đỏ là cực dương, que đen là cực âm. (Đồng hồ kim ngược lại: que đen nối cực dương pin bên trong.)

Đo nguội trên bo (chưa tháo)

Đo trên bo chỉ để sàng lọc nhanh con nào chập cứng. Linh kiện mắc chung với cuộn dây, tụ, điện trở G-E và mạch lái nên không làm được phép thử kích mở.

1. Đo C-E (D-S) cả hai chiều. Nếu cả hai chiều đều về gần 0 (đồng hồ kêu tít ở thang thông mạch), linh kiện rất có khả năng chập. Tuy vậy, ở bếp từ, C-E còn song song với tụ cộng hưởng và cuộn dây nối lên bus, nên cần tháo ra để chắc chắn.
2. Đo G-E (G-S) và G-C (G-D). Trên bo, G-E thường có một điện trở xả nên hiện một giá trị điện trở, không phải vô cùng. Nếu G-E hoặc G-C về gần 0, nghi chập cổng, và mạch lái phía trước nhiều khả năng đã bị kéo theo.
3. Ở bếp từ, khi IGBT chập thì gần như luôn kiểm tra luôn: cầu chì, cầu diode, tụ cộng hưởng, tụ lọc sau cầu, transistor lái, IC nguồn phụ.

Tháo ra đo MOSFET kênh N (thang diode)

1. Chập G với S để xả.
2. Đo diode thân: que đỏ vào S, que đen vào D. Bình thường hiện một mức như diode, vài trăm mV. Đảo que (đỏ D, đen S): hiện OL (không dẫn).
3. Đo cách điện cổng: G-S và G-D đều phải là OL ở cả hai chiều.
4. Kích mở: que đỏ chạm G, que đen chạm S trong một giây (nạp dương cho G).
5. Đo lại D-S theo chiều đỏ D, đen S. MOSFET tốt sẽ dẫn: số hiện về rất thấp, gần 0, vì kênh đã mở.
6. Xả G: chập G với S bằng tua vít hoặc ngón tay chạm hai chân.
7. Đo lại đỏ D, đen S: phải trở về OL. Nếu vẫn dẫn sau khi đã xả, MOSFET rò hoặc chập.

Cách làm này trùng với hướng dẫn trên diễn đàn TI tiếng Trung và các bài 迅维网: đo D-S trước, cấp điện tích cho G, đo lại D-S thấy dẫn, xả G thì hết dẫn.

Tháo ra đo MOSFET kênh P

Làm giống kênh N nhưng đảo mọi cực tính:

1. Diode thân: que đỏ vào D, que đen vào S hiện mức diode; đảo que thì OL.
2. Kích mở: que đen chạm G, que đỏ chạm S (G âm hơn S).
3. Đo đỏ S, đen D: dẫn gần 0. Xả G rồi đo lại: OL.

Nếu bạn không biết là kênh N hay P, nhìn chiều diode thân: diode dẫn khi đỏ ở S là kênh N, dẫn khi đỏ ở D là kênh P.

Tháo ra đo IGBT

1. Chập cả ba chân với nhau để xả (21ic khuyên làm bước này trước khi đo vì điện tích còn lại làm sai kết quả).
2. Đo G: G-C và G-E đều OL cả hai chiều. Có giá trị là rò cổng, bỏ.
3. Đo C-E chiều thuận diode: que đỏ vào E, que đen vào C.
   • IGBT có diode ngược (FGA25N120ANTD, H20R1203, H20MR5, GT40QR21...): hiện một mức diode, vài trăm mV.
   • IGBT không có diode: hiện OL.
4. Đo C-E chiều ngược: que đỏ vào C, que đen vào E. IGBT tốt, G đã xả: OL.
5. Kích mở: nối cực dương pin 9 V qua điện trở vài kΩ vào G, cực âm vào E, giữ một hai giây rồi bỏ ra (có thể thử que đỏ đồng hồ trước, nếu không mở thì dùng pin).
6. Đo lại đỏ C, đen E: IGBT tốt sẽ dẫn. Khác MOSFET, số đọc không về 0 mà giữ ở một mức giống diode (vài trăm mV), vì đường dẫn của IGBT luôn qua một mối nối PN ở phía cực C.
7. Xả G: chập G với E. Đo lại đỏ C, đen E: phải về OL.

Với đồng hồ kim, các bài 21ic mô tả cùng nguyên lý: thang R×10k, que đen vào C, que đỏ vào E, kim nằm ở vô cùng; dùng ngón tay chạm cùng lúc G và C thì IGBT được kích, kim lệch về phía điện trở nhỏ và đứng yên; chạm cùng lúc G và E thì IGBT ngắt, kim về vô cùng.

Bảng kết quả bình thường và hỏng

Phép đo (thang diode, đồng hồ số)	Bình thường	Hỏng
G-E / G-S, G-C / G-D, hai chiều	OL	Có số hoặc gần 0: chập/rò cổng
Diode thân MOSFET (N: đỏ S, đen D)	Vài trăm mV	OL: đứt; gần 0: chập
C-E IGBT có diode (đỏ E, đen C)	Vài trăm mV	OL: đứt diode hoặc nhầm loại không diode
C-E / D-S chiều ngược, G đã xả	OL	Có số hoặc gần 0 cả hai chiều: chập C-E (kiểu hỏng hay gặp nhất)
Sau khi kích G	MOSFET gần 0; IGBT mức như diode	Vẫn OL: không mở được (kiểm tra lại điện áp kích trước khi kết luận)
Sau khi xả G	Trở về OL	Vẫn dẫn: rò, hỏng

Ghi chú về số đọc: datasheet ghi VF của diode ở dòng định mức (ví dụ IHW20N120R3: VF 1,55 V điển hình ở 20 A; FGA25N120ANTD: 2,0 V ở 25 A). Đồng hồ chỉ bơm vài mA nên số hiện thấp hơn nhiều. Mức "vài trăm mV" là kinh nghiệm thực tế trên diễn đàn, phụ thuộc máy đo; cách chắc nhất là so với một con cùng mã còn tốt.

Thử nóng sau khi thay (có bóng đèn nối tiếp)

Đồng hồ chỉ cho biết linh kiện chập hay không, không cho biết nó chịu được điện áp và dòng làm việc. Vì vậy sau khi thay, thử máy qua bóng đèn:

1. Mắc bóng đèn sợi đốt 60 đến 100 W nối tiếp dây nóng 220 V.
2. Cắm điện, đặt nồi lên bếp, bật nấu.
3. Theo bài hướng dẫn trên 21ic (dựa trên quy trình trạm bảo hành bếp từ): bóng sáng mờ rồi nháy theo nhịp dò nồi là ổn; bóng sáng rực liên tục nghĩa là IGBT đang dẫn liên tục, nếu bỏ bóng ra cắm thẳng thì chắc chắn nổ lại, phải kiểm tra mạch lái, tụ cộng hưởng, nguồn cao áp; nhấc nồi lên mà bóng sáng rực thì nghi CPU, mạch lái hoặc cuộn dây.
4. Chỉ bỏ bóng khi máy đã chạy đúng. Bóng đèn chỉ là biện pháp hạn chế rủi ro, không bảo đảm tuyệt đối.

Vì sao MOSFET và IGBT chết, và cần kiểm tra gì để không chết lại

Thay linh kiện công suất mà chưa tìm ra nguyên nhân là cách nhanh nhất để mất thêm một con nữa. Các nguyên nhân chính:

1. Quá áp. Ở bếp từ một khóa, theo Infineon AN2014-01, điện áp đỉnh C-E không cố định mà phụ thuộc nồi và công suất; xung lưới (sét, cắt điện đột ngột) càng đẩy nó lên cao. Varistor đầu vào không phải lúc nào cũng hấp thụ hết, nên IGBT phải có biên điện áp đủ rộng. Tài liệu phân tích mạch bếp từ Midea trên 21ic cho biết mạch bảo vệ cao áp của bo TM-S1 tác động ở khoảng 1100 V đỉnh và cảnh báo không được chỉnh điện trở phân áp để tăng công suất. Mạch chống xung lưới (surge) lấy mẫu điện áp sau chỉnh lưu, khi có xung (thường trên 400 V) sẽ khóa mạch lái.
2. Tụ cộng hưởng hỏng. Tụ cộng hưởng song song cuộn dây quyết định điện áp đỉnh và thời điểm đóng. Tụ hở hoặc giảm điện dung làm đỉnh điện áp C-E tăng; tụ chập làm dòng C tăng vọt. Infineon cũng chỉ ra: nếu năng lượng không đủ để điện áp C-E về 0 trước khi đóng (chạy công suất thấp, nồi không hợp), IGBT phải đóng cứng, xả thẳng tụ cộng hưởng, tổn hao tăng mạnh. Luôn đo điện dung tụ cộng hưởng và tụ lọc sau cầu, thay tụ đúng giá trị và đúng loại tụ film chịu xung.
3. Mạch lái (gate driver) và đồng bộ. Điện áp G thiếu thì IGBT dẫn không bão hòa, nóng lên; xung quá rộng hoặc G bị giữ mức cao thì quá dòng, quá nhiệt. Mạch đồng bộ lấy mẫu ở hai đầu cuộn dây để đóng IGBT đúng lúc điện áp C thấp nhất; nếu điện trở lấy mẫu trôi giá trị, IGBT đóng sớm khi đỉnh xung chưa qua và chết ngay (theo phân tích bo Midea). Kinh nghiệm thợ Trung Quốc: thay IGBT thì thay luôn cặp transistor lái kéo đẩy (push-pull), vì chúng rẻ mà hay bị hỏng ngầm.
4. Nguồn nuôi mạch lái. Bo bếp từ Midea dùng nguồn 18 V để nâng xung lái từ mức 4 đến 5 V lên đủ mở IGBT. Nguồn này yếu thì IGBT mở không hết. Bài 21ic cho khoảng điện áp lái 15 đến 22 V; tuy nhiên datasheet Infineon (IHW20N120R3/R5) và onsemi (FGA25N120ANTD) chỉ cho phép VGE tối đa ±20 V (Infineon cho phép ±25 V trong xung ≤10 µs), Toshiba GT40QR21 cho phép ±25 V. Theo datasheet, đo thấy điện áp G vượt 20 V với các mã Infineon/onsemi là bất thường, phải kiểm tra zener bảo vệ G-E và nguồn nuôi.
5. Quá nhiệt. Quạt không quay, kem tản nhiệt khô, cảm biến nhiệt IGBT trôi giá trị, siết vít lỏng hoặc quá chặt. Toshiba ghi chú trong datasheet GT40QR21: tổn hao IGBT tăng khi nhiệt độ tăng, nếu nhiệt sinh ra vượt khả năng tản sẽ dẫn đến mất ổn định nhiệt và phá hủy linh kiện.
6. Cuộn dây, nồi, chương trình. Cuộn dây chạm chập, nồi không phù hợp, vi xử lý treo (thạch anh hỏng) làm xung lái sai.
7. Nguồn xung: MOSFET chết do snubber (mạch dập RCD) hỏng làm gai điện áp vượt VDS, tụ lọc đầu vào phồng, điện trở cảm dòng ở chân S tăng giá trị hoặc đứt, IC PWM hỏng, biến áp chạm vòng, diode thứ cấp chập làm quá tải.

Hiện tượng hỏng theo thiết bị

Thiết bị	Hiện tượng	Nguyên nhân hay gặp	Cách kiểm tra
Bếp từ	Cắm điện nổ cầu chì, aptomat nhảy	IGBT chập C-E, cầu diode chập	Đo C-E hai chiều trên bo, tháo IGBT đo lại; đo cầu diode
Bếp từ	Thay IGBT xong chạy vài phút lại nổ	Transistor lái, tụ cộng hưởng giảm điện dung, điện trở đồng bộ trôi	Thay cặp transistor lái, đo điện dung tụ, đo điện trở mạch lấy mẫu; thử bằng bóng đèn
Bếp từ	Có đèn, không nhận nồi, không nóng	IGBT đứt, tụ cộng hưởng hở, mạch lái không ra xung	Đo IGBT tháo rời; đo điện áp nguồn lái khi bật nấu
Bếp từ	Nóng yếu, báo lỗi nhiệt IGBT	Kem tản nhiệt khô, quạt yếu, cảm biến nhiệt trôi	Kiểm tra quạt, thay kem, đo cảm biến nhiệt
Nguồn tivi, adapter	Chết hẳn, nổ cầu chì, cháy điện trở cảm dòng	MOSFET chập D-S	Đo D-S; đo điện trở cảm dòng chân S và IC PWM; kiểm tra snubber
Nguồn tivi, adapter	Kêu tạch tạch, chập chờn	MOSFET rò, tụ lọc khô, diode thứ cấp chập	Đo MOSFET tháo rời (kích/xả), đo tụ và diode thứ cấp
Lò vi sóng inverter	Không nóng, nổ cầu chì	IGBT cộng hưởng (loại như GT40QR21) chập	Đo IGBT, kiểm tra tụ cộng hưởng và mạch lái
Máy giặt, điều hòa, tủ lạnh inverter	Báo lỗi IPM/quá dòng máy nén	Module IGBT chập một pha	Rút giắc máy nén, đo từng pha U/V/W với cực P và N ở thang diode, các pha phải đều nhau
Bo mạch điện tử 12 V, laptop	Mất nguồn một nhánh, nóng một con SOP-8	MOSFET chuyển nguồn chập	Đo D-S với mass, đo nhiệt khi cấp nguồn có giới hạn dòng

Thay thế: chọn linh kiện tương đương

Linh kiện thay phải bằng hoặc tốt hơn bản gốc ở mọi thông số quan trọng, không chỉ cùng điện áp và dòng.

Thông số	MOSFET	IGBT	Quy tắc
Điện áp	VDS (hoặc VDSS)	VCE (VCES)	Bằng hoặc cao hơn
Dòng	ID ở 100 °C	IC ở 100 °C	Bằng hoặc cao hơn (so ở 100 °C, không so ở 25 °C)
Tổn hao dẫn	RDS(on)	VCE(sat)	Bằng hoặc thấp hơn
Diode ngược	Luôn có diode thân	Có/không, tích hợp hay đóng chung vỏ	Bản gốc có diode thì bản thay phải có
Ngưỡng và điện áp G	VGS(th), VGS max	VGE(th), VGE max	Cùng mức; loại logic-level không thay cho loại 10 V lái và ngược lại nếu mạch không phù hợp
Tốc độ	Qg, tr, tf, trr diode	Eoff, tf	Gần giống, nhất là nguồn xung tần số cao
Vỏ, chân	TO-220, TO-247...	TO-247, TO-3P	Cùng thứ tự chân, cùng loại có/không cách điện

Một số mã bếp từ hay gặp, theo datasheet:

Mã (chữ in trên thân)	Hãng	VCE	IC ở 100 °C	VCE(sat) điển hình	Diode	Tj max
IHW20N120R3 (H20R1203)	Infineon	1200 V	20 A	1,48 V ở 20 A	Có, dẫn ngược nguyên khối (RC-IGBT)	175 °C
IHW20N120R5 (H20MR5)	Infineon	1200 V	20 A	1,55 V ở 20 A	Có, nguyên khối	175 °C
FGA25N120ANTD	onsemi (Fairchild)	1200 V	25 A	2,0 V ở 25 A	Có, đóng chung vỏ (diode riêng)	150 °C
GT40QR21	Toshiba	1200 V	35 A	1,90 V ở 40 A	Có, nguyên khối	175 °C

Lưu ý khi đổi mã:

• Không thay IGBT có diode bằng loại không diode trong bếp từ một khóa. Infineon giải thích: trong mạch bán cộng hưởng, việc đóng ở điện áp 0 và dòng 0 chỉ xảy ra khi dòng cuộn dây chạy qua diode; thiếu diode thì mạch không chạy đúng và IGBT chết.
• Về điện áp, Infineon ghi trong AN2014-01 rằng hiện nay 1350 V thường được coi là đủ cho bếp từ một khóa đến 2,2 kW mỗi vùng nấu; công suất cao hơn cần loại cao hơn (ví dụ IHW30N160R5, 1600 V). Vì vậy không hạ cấp điện áp (ví dụ thay 1350 V bằng 1200 V) dù chân và dòng giống nhau.
• Các mã trên giống nhau về điện áp và dòng nhưng khác ngưỡng G, tổn hao đóng cắt, kiểu diode và nhiệt độ mối nối. Thợ vẫn thay qua lại trong thực tế, nhưng ưu tiên đúng mã hoặc mã hãng thiết bị ghi trong danh mục linh kiện. Infineon khuyến nghị vận hành không vượt 80% thông số tối đa để linh kiện bền.
• FGA25N120ANTD đã ngừng sản xuất theo các nhà phân phối lớn; hàng trôi nổi nhiều hàng giả, hàng tháo máy. Mua ở nơi có nguồn gốc, đo trước khi lắp.
• Nguồn xung: thay MOSFET cùng VDS (ví dụ IRFP460: 500 V, RDS(on) tối đa 0,27 Ω, ID 20 A ở 25 °C và 13 A ở 100 °C), RDS(on) bằng hoặc nhỏ hơn, cùng loại vỏ cách điện (TO-220F) hay không cách điện (TO-220).

Lưu ý hàn

• Tháo bằng mỏ hàn đủ công suất và hút thiếc, không cạy làm bong mạch.
• Hàn nhanh, không giữ nhiệt lâu: datasheet Infineon ghi giới hạn hàn sóng 260 °C trong 10 s ở cách thân 1,6 mm; onsemi FGA25N120ANTD ghi 300 °C trong 5 s ở cách thân 1/8 inch.
• Giữ chân G nối với E (hoặc S) bằng dây chập trong lúc hàn, tháo dây sau khi hàn xong; đeo vòng chống tĩnh điện. 21ic khuyên nối đất mỏ hàn và đồng hồ, và hàn chân nguồn S trước.
• Thay luôn các linh kiện đi kèm đã hỏng: cầu chì, điện trở G, zener G-E, transistor lái, điện trở cảm dòng.

Kem tản nhiệt và lực siết

• Lau sạch kem cũ trên mặt tản nhiệt và miếng cách điện. Bôi một lớp mỏng, đều kem mới lên lưng linh kiện, vừa đủ lấp khe hở; lớp dày làm tăng nhiệt trở. Datasheet IRF9540N cho thấy nhiệt trở vỏ đến tản nhiệt khoảng 0,50 °C/W với bề mặt phẳng có bôi kem, đó là lý do không được bỏ kem.
• Tấm lưng nối C/D nên nếu bản gốc có miếng cách điện (mica, silicon) và ống cách điện ở vít thì phải lắp lại, rồi đo tấm tản nhiệt với chân C phải là OL.
• Lực siết theo datasheet:

Linh kiện	Lực siết khuyến nghị
IHW20N120R3, IHW20N120R5 (vít M3)	0,6 N·m; Infineon ghi tối đa 3 lần lắp
GT40QR21 (TO-3P(N))	0,8 N·m
IRFP460, IRF9540N (vít M3 hoặc 6-32)	1,1 N·m (10 lbf·in)
Hướng dẫn chung của onsemi (AND9859, theo tóm tắt của Macnica)	TO-247, TO-3P: 8 đến 10 kgf·cm (khoảng 0,8 đến 1,0 N·m); TO-220: 4 đến 5 kgf·cm

Khi các nguồn khác nhau, lấy đúng số trong datasheet của mã bạn lắp (ví dụ Infineon 0,6 N·m thấp hơn mức chung của onsemi). Siết lỏng thì tiếp xúc kém, nóng; siết quá tay làm cong đế, nứt chip. Không có tua vít lực thì siết đến khi linh kiện áp chặt, không xoay được, rồi dừng, không dùng hết sức.

An toàn

• Điện áp nguy hiểm: tụ lọc sau cầu diode nạp khoảng 300 V một chiều từ lưới 220 V, và còn giữ điện sau khi rút phích. Trong bếp từ, điện áp C-E lúc làm việc có thể lên khoảng nghìn vôn. Không đo điện áp ở cực C khi đang nấu bằng đồng hồ thường.
• Xả tụ trước khi chạm bằng điện trở công suất, không chập tua vít trực tiếp (tóe lửa, hỏng chân, hỏng tụ).
• Tấm lưng và tản nhiệt có thể mang điện (nối C/D). Không chạm khi máy đang cắm điện.
• Bóng đèn nối tiếp mỗi lần thử máy sau khi sửa phần công suất. Biến áp cách ly giúp an toàn hơn khi phải đo dạng sóng có tham chiếu mass.
• Tĩnh điện: cực G rất nhạy. Bảo quản linh kiện trong túi chống tĩnh điện hoặc cắm chân vào xốp dẫn điện, không để trong hộp nhựa.
• Không dùng tay trần chạm các chân linh kiện công suất khi máy đang cắm điện để "thử kích" như phép thử đồng hồ kim; phép đó chỉ làm khi linh kiện đã tháo rời.

Câu hỏi thường gặp

Đo IGBT bằng đồng hồ số kích G không dẫn, có phải IGBT chết không?

Chưa chắc. IGBT bếp từ có ngưỡng mở G khoảng 5 đến 7 V (Infineon IHW20N120R3: 5,1 đến 6,4 V), cao hơn điện áp que đo của nhiều đồng hồ số. Hãy kích bằng pin 9 V qua điện trở vài kΩ rồi đo lại. Nếu G-E, G-C OL, C-E không chập và kích bằng pin thì dẫn, xả thì ngắt, IGBT còn tốt ở mức kiểm tra tĩnh.

Làm sao biết IGBT có diode ngược hay không?

Xem datasheet (ký hiệu có vẽ diode, mục "Diode forward voltage" có thông số). Đo nhanh: que đỏ vào E, que đen vào C, G đã xả; có mức diode là có diode, OL là không có hoặc diode đã đứt. Các mã bếp từ phổ biến như H20R1203, H20MR5, FGA25N120ANTD, GT40QR21 đều có diode.

H20R1203 thay bằng FGA25N120 được không?

Cả hai cùng 1200 V, cùng có diode, cùng thứ tự chân G-C-E, nên thợ thường thay qua lại. Nhưng chúng khác ngưỡng G, kiểu diode, tổn hao và nhiệt độ mối nối tối đa (175 °C so với 150 °C). Ưu tiên đúng mã; nếu thay, theo dõi nhiệt độ sau khi chạy thử và đảm bảo mạch lái, tụ cộng hưởng đều tốt.

Vì sao thay IGBT bếp từ mới chạy được một lúc lại nổ?

Thường do nguyên nhân gốc chưa xử lý: transistor lái hỏng ngầm, tụ cộng hưởng giảm điện dung, điện trở mạch đồng bộ trôi, nguồn lái thấp, quạt hỏng hoặc kem tản nhiệt kém, hoặc thay IGBT điện áp thấp hơn bản gốc. Thử bằng bóng đèn nối tiếp: bóng sáng rực liên tục là dấu hiệu IGBT bị mở liên tục, chưa được bỏ bóng.

Có đo MOSFET, IGBT trên bo được không?

Chỉ để phát hiện chập cứng (C-E hoặc G-E về gần 0). Phép thử kích và xả G cần tháo rời, vì trên bo cực G có điện trở xả và mạch lái, còn C-E song song với cuộn dây, tụ và các linh kiện khác.

MOSFET kênh N thay bằng kênh P được không?

Không. Cực tính điện áp G và chiều diode thân ngược nhau, mạch sẽ không chạy hoặc chập ngay. Thay đúng loại kênh, đúng hoặc cao hơn VDS, ID, và RDS(on) bằng hoặc thấp hơn.

Có cần bôi kem tản nhiệt khi lắp IGBT mới không?

Có, trừ khi linh kiện là loại vỏ có sẵn lớp tản nhiệt cách điện mà hãng ghi không cần kem. Bôi lớp mỏng, siết đúng lực theo datasheet (ví dụ IHW20N120R3: 0,6 N·m với vít M3), lắp lại miếng cách điện nếu bản gốc có.

Vì sao MOSFET trong nguồn xung hay chết kèm điện trở ở chân S?

Điện trở ở chân S là điện trở cảm dòng. Khi MOSFET chập, dòng lớn chạy qua làm điện trở này cháy hoặc tăng giá trị, đôi khi phá luôn chân IC PWM. Thay MOSFET thì phải đo lại điện trở cảm dòng, IC PWM và mạch dập (snubber).

Đặt thợ sửa bo mạch trên Thuê Thợ 365

Nếu bếp từ, nguồn tivi hay bo inverter của bạn nổ cầu chì, chết IGBT hoặc MOSFET, bạn có thể đặt thợ sửa chữa có kinh nghiệm sửa bo công suất gần nhà, hoặc đăng việc nhận báo giá để nhiều thợ báo giá trước khi chọn. Đọc thêm trong loạt bài này: sửa bo mạch bếp từ: IGBT và tụ cộng hưởng, cách kiểm tra diode, cầu diode và zener, và toàn bộ chuyên mục kiến thức cho thợ.