IGBT特性与驱动要点

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4四、实验示意图:路主电事害五、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勺复合。IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor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勺优点，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MOSFE基本相同，只需控制输入极N沟道MOSFET所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET勺沟道形成后，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的转移特性柜同，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：1.IGBT主要参数测试(1)开启阀值电压VGS(th)测试表41Id(mA)0.250.50.7511.251.52.0Vgs(V)4.965.055.115.155.195.215.26(2)跨导gFs测试表42Id(mA)0.250.50.7511.251.52.0Vgs(V)4.975.065.125.165.195.225.27导通电阻Rds测试表4-3Id(mA)0.250.50.7511.251.52.0Vds(V)15.014.9914.9814.9714.9714.9614.942.EXB840性能测试(1)输入输出延时时间测试ton=0.75Q,toff=1.5jjS(2)保护输出部分光耦延时时间测试.延时时间t=31.6pS(3)过流慢速关断时间测试慢速关断时间t=46.5ps(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=8.2V3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=1.5ps(2)电阻，电感负载时开关特性测试记录开通延迟时间t=1.1ps七、实验结果的计算及曲线:输入输出延时时间，:L与13及EXB840输出12与13之间波lek JU .StM Pos: 1.200JJS8CH1I2.00VCH21Q.0VM25.0jusCHIZ保护输出部分光耦延时时间测试，8与13及4与13之间波形TekJUestopMPs：-1.000圮CHI2.00VCH210.0VM25.0*CHIZ过流慢速关断时间,l与13及12与13之间波形TekJVesiopMPos:-lX)OOjusCHI2,00VCH210,0VM25-0jU5CHI/关断时的负栅压，12与17之间波形Tek儿OStop.MPos;-lOOOjusCH210z0VM25.0jusCHI/电阻负载时开关特性(Rs=3kQ)/8与15及14与15的波形lekJLOStoplOOOjusCHI5,oayCH220,0VM25.5jufCHI/电阻负载时开关特性(R4=27Q),与15及14与15的波形Tek儿OSIOPMPos:-lOOOjusCHI5.0OVCH220z0VM25.0jusCHI/电阻，电感负载时开关特性(R5=3kQ),8与15及16与15的波形TekJLestopM Pos ; -lOOOjus电阻,电感负载时开关特性(R4=27Q ), 8与15及16与 15的波形 lek JL OStop. M Pos ;-CHI 5.0OV CH2 20,0V M 25.5jufCHI /电阻负载，有缓冲电路时， 14与17及 18与 17之间波形Tek JU estopM Pos ; -IOOOjusCHI 10.OV Chi 10.0V M 26.0JU5CHI/CHI5,00VCH220,0VM25.0jusCHI/13电阻负载，没有缓冲电路时, Tek14与 17及 18与 17之间波形 Stop M Poe -IjOOOjus42*CHI 10zGV CH2 10z0V M 25.5jus CHI /电阻-电感负载，有缓冲电路时, 14与 17及 18”与 17之间波形Tek JV阮PM ?os ; -lOOOjusCHI 10z0V Ch2 10.0 V M 25.0JUSCHI/电阻-电感负载，没有缓冲电路时14与 17及18与 17之间波形CHI10,0VCH210.0VM25.0JUSCH1/七、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IGBT,该模块内部驱动电路使信号延迟屯所以适用于高达40kHz的开关操作。八、实验方法指示及注意事项：1.IGBT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1T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lD=lmA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGs(th)。读取67组Id、Vgs,其中lD=lmA必测，填入表4lo(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Id与对应的Vgs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Vgs,读取Id与对应的漏源电压Vds,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部分的与分别与PWM波形发生部分的1与相连，再将IGBT部分的10”与13相连、用示波器观察输入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T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1的相连，分别连接2与3，4与5，6与7，将主回路的3与分别和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,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“IV与14相连，栅极电阻从R5=3kQ改为R=21Q,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，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，揪复位按钮即可继续进行试验。1九、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tOFFo5 .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。1十二、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