IGBT特性与驱动.docx

1、IGBT特性与驱动实验编号实验指导书实验项目： 绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 特性与驱动所属课程 : 电力电子技术基础课程代码 : EE303面向专业 : 电气工程学院 (系): 电气工程系实 验 室: 电气工程与自动化 代号: 030102010 年 5 月 5 日、实验目的：1熟悉 IGBT 主要参数与开关特性的测试方法。2掌握混合集成驱动电路 EXB840 的工作原理与调试方法。、实验内容：1 IGBT 主要参数测试。2 EXB840 性能测试。3 IGBT 开关特性测试。4过流保护性能测试。三、实验主要仪器设备：1 MCL-07 电力电子实验箱中的 IGBT 与 PWM 波形发生器

2、部分。 2双踪示波器。3毫安表4电压表5电流表6 MCL 系列教学实验台主控制屏四、实验示意图：IGBT S1+5VR1R3R2+5V4+ 5 &1514EXB8403PWM+5V87555 3621514122016+ 13C1 9VD1 1019五、实验有关原理及原始计算数据，所应用的公式：绝缘栅极双极型晶体管是双极型电力晶体管和 MOSFET的复合。IGBT 是 Insulated GateBipolar Transistor 的缩写。电力晶体管饱和压降低， 载流密度大， 但驱动电流较大。 MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。 IGBT 综合了以上两种器件的

3、优 点，驱动功率小而饱和压降低。IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道， 给 PNP晶体管提供基极电流， 使 IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使 IGBT关断。 IGBT的驱动方法和 MOSFET基本相同，只需控制输入极 N 一沟道 MOSFE，T 所以具有高输入阻抗特性。当 MOSFET的沟道形成后，从 P+基极注入到 N一层的空穴(少子) ，对 N 一层进行电导调制， 减 小 N 一层的电阻，使 IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压 Ugs为参变量时， 漏

4、极电流与栅极电压之间的关系曲线。 输出漏极电流比受栅源电压 Ugs的控制， Ugs越高， Id 越大。IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的关系曲线。它与 MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压 Ugs(th) 时， IGBT处于关断状态。在 IGBT 导通 后的大部分漏极电流范围内， Id 与 Ugs 呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制， 其最佳值一般取为 15V 左右。IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。 IGBT 处于导通态时，由于它的 PNP晶体管为宽基区晶体管， 所以其 B值极低。 耐压 1000V的 IGBT

5、通态压降为 23V。IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。六、实验数据记录：1IGBT 主要参数测试1）开启阀值电压 VGS（ th）测试表 4 1ID（ mA）0.250.50.7511.251.52.0Vgs（V）4.965.055.115.155.195.215.262）跨导 gFS 测试表 4 2ID（ mA）0.250.50.7511.251.52.0Vgs（V）4.975.065.125.165.195.225.273）导通电阻 RDS 测试表 4 3ID（ mA）0.250.50.7511.251.52.0V DS（ V ）15.014.9914.9814.9714.97

6、14.9614.942EXB840性能测试（ 1）输入输出延时时间测试ton= 0.75 s ， toff=1.5s（2）保护输出部分光耦延时时间测试. 延时时间 t=31.6 s（ 3）过流慢速关断时间测试 慢速关断时间 t=46.5 s（4）关断时的负栅压测试 关断时的负栅压值 U=-4.0V（ 5）过流阀值电压测试. 过流保护阀值电压值 U=8.2V 3开关特性测试 （1）电阻负载时开关特性测试记录开通延迟时间 t= 1.5 s （ 2）电阻，电感负载时开关特性测试记录开通延迟时间 t= 1.1 s之间波形七、实验结果的计算及曲线： 输入输出延时时间， “1”与“ 13”及 EXB840

7、 输出“ 12”与“ 13”之间波形保护输出部分光耦延时时间测试， “8”与“ 13”及“ 4”与“ 13”过流慢速关断时间， “ 1”与“ 13”及“ 12”与“ 13”之间波形关断时的负栅压， “ 12”与“ 17”之间波形电阻负载时开关特性( R5 3k)，“ 8”与“ 15”及“ 14”与“ 15”的波形电阻负载时开关特性 (R4=27) ，“8”与“ 15”及“ 14”与“ 15”的波形电阻，电感负载时开关特性( R5 3k)，“8”与“ 15”及“ 16”与“ 15”的波形电阻，电感负载时开关特性 (R4=27) ，“8”与“ 15”及“ 16”与“ 15”的波形电阻负载，有缓冲电

8、路时 , “14”与“ 17”及“ 18”与“ 17”之间波形电阻负载，没有缓冲电路时 , “14”与“ 17”及“ 18”与“ 17”之间波形电阻-电感负载，没有缓冲电路时“ 14”与“ 17”及“ 18”与“ 17”之间波形七、对实验结果实验中某些现象的分析讨论：试对由 EXB840 构成的驱动电路的优缺点作出评价。答：由 EXB840 构成的驱动电路的优点：驱动电路体积小，效率高，保护功能完善， 免调试，可靠性高。具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定、故障信号输出 功能。控制电路的正弦调制波可根据实际应用情况调节其频率。该驱动模块能驱动 150A/600V 和 75A/1200V 的

9、IGBT ，该模块内部驱动电路使信号延迟 1s，所以适用于 高达 40kHz 的开关操作。八、实验方法指示及注意事项：1IGBT 主要参数测试（ 1）开启阀值电压 VGS（th）测试在主回路的“ 1”端与 IGBT 的“ 18”端之间串入毫安表，将主回路的“ 3”与“ 4”端分别与 IGBT 管的“ 14”与“ 17”端相连，再在“ 14”与“ 17”端间接入电压表，并将主回 路电位器 RP 左旋到底。将电位器 RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流 ID=1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压 V GS（th）。读取 67 组 ID、Vgs ，其中 I D =1mA 必测，填入表

10、 4 1。（ 2）跨导 gFS 测试在主回路的“ 2”端与 IGBT 的“ 18”端串入毫安表，将 RP 左旋到底，其余接线同上。 将 RP逐渐向右旋转，读取 I D与对应的 V GS值，测量 5-6 组数据，填入表 42。（ 3）导通电阻 RDS 测试将电压表接入“ 18”与“ 17”两端，其余同上，从小到大改变 V GS，读取 ID 与对应的漏源电压 V DS，测量 5-6 组数据，填入表 43。2 EXB840性能测试（ 1）输入输出延时时间测试IGBT 部分的 “1”与“13”分别与 PWM 波形发生部分的“ 1”与“2”相连， 再将 IGBT 部分的“10”与“13”相连、用示波器观

11、察输入 “1”与“13”及 EXB840 输出“ 12”与“ 13” 之间波形，记录开通与关断延时时间。（2）保护输出部分光耦延时时间测试将 IGBT 部分“ 10 ”与“ 13”的连线断开，并将“ 6”与“ 7”相连。用示波器观察“ 8” 与“ 13”及“ 4”与“ 13” 之间波形，记录延时时间。（ 3）过流慢速关断时间测试接线同上，用示波器观察“ 1”与“ 13”及“ 12”与“ 13”之间波形，记录慢速关断时间。（4）关断时的负栅压测试接线同上，用示波器观察“ 12”与“ 17”之间波形，记录关断时的负栅压值。（ 5）过流阀值电压测试PWM 波形发生部分的“ 1”与 IGBT 部分的“

12、 1”的相连，分别连接“ 2”与“ 3”，“ 4” 与“ 5”，“ 6”与“ 7”，将主回路的“ 3”与“4”分别和“ 10”与“ 17”相连，即按照以下表 格的说明连线。 .RP 左旋到底，用示波器观察“ 12”与“ 17”之间波形，将 RP 逐渐向右旋转，边旋转 边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“ 3”与“ 4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。3开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试将“ 1”与“ 13”分别与波形发生器“ 1”与“ 2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，2 “与” 3“，“12”与“ 14”，“10”与“ 18”， “17”与“ 16”相连

13、，主回路的“ 1”与“ 4” 分别和 IGBT 部分的“ 18”与“ 15”相连。即按照以下表格的说明连线。用示波器分别观察“ 8”与“ 15”及“ 14”与“ 15”的波形，记录开通延迟时间。（ 2）电阻，电感负载时开关特性测试将主回路“ 1”与“ 18”的连线断开，再将主回路“ 2”与“ 18”相连，用示波器分别 观察“ 8”与“ 15”及“ 16 ”与“ 15”的波形，记录开通延迟时间。 。（3）不同栅极电阻时开关特性测试将“ 12”与“ 14”的连线断开，再将“ 11”与“ 14”相连，栅极电阻从 R5 3k改为 R4=27，其余接线与测试方法同上。4并联缓冲电路作用测试（ 1）电阻负

14、载，有与没有缓冲电路时观察“ 14”与“ 17”及“ 18”与“ 17”之间波形。（ 2）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。 5过流保护性能测试，栅计电阻用 R4在上述接线基础上，将“ 4”与“ 5”，“6”与“ 7”相连，观察“ 14”与“ 17”之间波形， 然后将“ 10”与“ 18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待 故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。九、尚存在待解决的问题：十一、对同学的要求：1根据所测数据，绘出 IGBT 的主要参数的表格与曲线 。 2绘出输入、输出及对光耦延时以及慢速关断等波形，并标出延时与慢速关断时间。 3绘出所测的负栅压值与过流阀值电压值。4绘出电阻负载， 电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形， 并在图上标出 tON 与tOFF。5绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明并联 缓冲电路的作用。6过流保护性能测试结果，并对该过流保护电路作出评价。 7实验的收获、体会与改进意见。十二、参考文献：电力电子变流技术电力电子技术实验备注实验设计者：求是教仪首开实验时间： 1999编写人：朱跃年编写时间： 2010-5-5