IGBT特性與驅(qū)動

1、 實驗編號 實 驗 指 導(dǎo) 書實驗項目： 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅(qū)動所屬課程: 電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程代碼: EE303 面向?qū)I(yè): 電氣工程 學(xué)院(系): 電氣工程系 實 驗 室: 電氣工程與自動化 代號: 03010 2010年 5月 5日一、 實驗?zāi)康模?熟悉IGBT主要參數(shù)與開關(guān)特性的測試方法。2掌握混合集成驅(qū)動電路EXB840的工作原理與調(diào)試方法。二、 實驗內(nèi)容：1IGBT主要參數(shù)測試。2EXB840性能測試。3IGBT開關(guān)特性測試。4過流保護性能測試。三、 實驗主要儀器設(shè)備：1MCL-07電力電子實驗箱中的IGBT與PWM波形發(fā)生器部分。2雙蹤示波器。3毫安表4電壓表

2、5電流表6MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏四、 實驗示意圖：五、 實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式： 絕緣柵極雙極型晶體管是雙極型電力晶體管和MOSFET的復(fù)合。IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫。電力晶體管飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大。MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動方法和M

3、OSFET基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET，所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N一層的空穴（少子），對N一層進行電導(dǎo)調(diào)制，減小N一層的電阻，使IGBT在高電壓時，也具有低的通態(tài)電壓。 IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。   IGBT的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th)時，IG

4、BT處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id與Ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。IGBT的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT處于導(dǎo)通態(tài)時，由于它的PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其B值極低。耐壓1000V的IGBT通態(tài)壓降為23V。IGBT處于斷態(tài)時，只有很小的泄漏電流存在。.六、 實驗數(shù)據(jù)記錄：1IGBT主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓VGS（th）測試表41ID（mA）0.25 0.5 0.751 1.25 1.5 2.0Vgs（V） 4.96 5.05 5.11 5.15 5.19 5.21 5.26 （2）跨導(dǎo)

5、gFS測試表42ID（mA） 0.25 0.5 0.751 1.25 1.5 2.0Vgs（V） 4.97 5.06 5.12 5.16 5.19 5.22 5.27（3）導(dǎo)通電阻RDS測試表43ID（mA） 0.25 0.5 0.751 1.25 1.5 2.0VDS（V） 15.0 14.99 14.98 14.97 14.97 14.96 14.942EXB840性能測試（1）輸入輸出延時時間測試ton= 0.75s ，toff=1.5s （2）保護輸出部分光耦延時時間測試.延時時間 t=31.6s （3）過流慢速關(guān)斷時間測試慢速關(guān)斷時間 t=46.5s （4）關(guān)斷時的負柵壓測試關(guān)斷時的

6、負柵壓值 U=-4.0V（5）過流閥值電壓測試. 過流保護閥值電壓值 U=8.2V3開關(guān)特性測試（1）電阻負載時開關(guān)特性測試 記錄開通延遲時間 t= 1.5s （2）電阻，電感負載時開關(guān)特性測試記錄開通延遲時間 t= 1.1s 七、實驗結(jié)果的計算及曲線：輸入輸出延時時間，“1”與“13”及EXB840輸出“12”與“13”之間波形保護輸出部分光耦延時時間測試，“8”與“13”及“4”與“13” 之間波形過流慢速關(guān)斷時間，“1”與“13”及“12”與“13”之間波形關(guān)斷時的負柵壓，“12”與“17”之間波形電阻負載時開關(guān)特性（R53k），“8”與“15”及“14”與“15”的波形電阻負載時開關(guān)特

7、性(R4=27)，“8”與“15”及“14”與“15”的波形電阻，電感負載時開關(guān)特性（R53k），“8”與“15”及“16”與“15”的波形電阻，電感負載時開關(guān)特性(R4=27)，“8”與“15”及“16”與“15”的波形電阻負載，有緩沖電路時,“14”與“17”及“18”與“17”之間波形電阻負載，沒有緩沖電路時,“14”與“17”及“18”與“17”之間波形電阻-電感負載，有緩沖電路時,“14”與“17”及“18”與“17”之間波形電阻-電感負載，沒有緩沖電路時“14”與“17”及“18”與“17”之間波形七、 對實驗結(jié)果實驗中某些現(xiàn)象的分析討論：試對由EXB840構(gòu)成的驅(qū)動電路的優(yōu)缺點作

8、出評價。答：由EXB840構(gòu)成的驅(qū)動電路的優(yōu)點：驅(qū)動電路體積小，效率高，保護功能完善，免調(diào)試，可靠性高。具備過流軟關(guān)斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號輸出功能?？刂齐娐返恼艺{(diào)制波可根據(jù)實際應(yīng)用情況調(diào)節(jié)其頻率。該驅(qū)動模塊能驅(qū)動150A/600V和75A/1200V的IGBT，該模塊內(nèi)部驅(qū)動電路使信號延遲1s，所以適用于高達40kHz的開關(guān)操作。八、 實驗方法指示及注意事項：1IGBT主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓VGS（th）測試在主回路的“1”端與IGBT的“18”端之間串入毫安表，將主回路的“3”與“4”端分別與IGBT管的“14”與“17”端相連，再在“14”與“17”端間接入電壓表，

9、并將主回路電位器RP左旋到底。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表，當(dāng)漏極電流ID=1mA時的柵源電壓值即為開啟閥值電壓VGS（th）。讀取67組ID、Vgs，其中ID=1mA必測，填入表41。（2）跨導(dǎo)gFS測試在主回路的“2”端與IGBT的“18”端串入毫安表，將RP左旋到底，其余接線同上。將RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，讀取ID與對應(yīng)的VGS值，測量5-6組數(shù)據(jù)，填入表42。（3）導(dǎo)通電阻RDS測試將電壓表接入“18”與“17”兩端，其余同上，從小到大改變VGS，讀取ID與對應(yīng)的漏源電壓VDS，測量5-6組數(shù)據(jù)，填入表43。2EXB840性能測試（1）輸入輸出延時時間測試IGBT部分的“1”

10、與“13”分別與PWM波形發(fā)生部分的“1”與“2”相連，再將IGBT部分的“10”與“13”相連、用示波器觀察輸入“1”與“13”及EXB840輸出“12”與“13”之間波形，記錄開通與關(guān)斷延時時間。（2）保護輸出部分光耦延時時間測試將IGBT部分“10”與“13”的連線斷開，并將“6”與“7”相連。用示波器觀察“8”與“13”及“4”與“13” 之間波形，記錄延時時間。（3）過流慢速關(guān)斷時間測試接線同上，用示波器觀察“1”與“13”及“12”與“13”之間波形，記錄慢速關(guān)斷時間。（4）關(guān)斷時的負柵壓測試接線同上，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，記錄關(guān)斷時的負柵壓值。（5）過流閥值電壓

11、測試PWM波形發(fā)生部分的“1”與IGBT部分的“1”的相連，分別連接“2”與“3”，“4”與“5”，“6”與“7”，將主回路的“3”與“4”分別和“10”與“17”相連，即按照以下表格的說明連線。.RP左旋到底，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，將RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視波形，一旦該波形消失時即停止旋轉(zhuǎn)，測出主回路“3”與“4”之間電壓值，該值即為過流保護閥值電壓值。3開關(guān)特性測試（1）電阻負載時開關(guān)特性測試將“1”與“13”分別與波形發(fā)生器“1”與“2”相連，“4”與“5”，“6”與“7”，2“與”3“，“12”與“14”，“10”與“18”， “17”與“16”相連，主回路的“

12、1”與“4”分別和IGBT部分的“18”與“15”相連。即按照以下表格的說明連線。用示波器分別觀察“8”與“15”及“14”與“15”的波形，記錄開通延遲時間。（2）電阻，電感負載時開關(guān)特性測試將主回路“1”與“18”的連線斷開，再將主回路“2”與“18”相連，用示波器分別觀察“8”與“15”及“16”與“15”的波形，記錄開通延遲時間。（3）不同柵極電阻時開關(guān)特性測試將“12”與“14”的連線斷開，再將“11”與“14”相連，柵極電阻從R53k改為R4=27，其余接線與測試方法同上。4并聯(lián)緩沖電路作用測試（1）電阻負載，有與沒有緩沖電路時觀察“14”與“17”及“18”與“17”之間波形。（2）電阻，電感負載，有與沒有緩沖電路時，觀察波形同上。5過流保護性能測試，柵計電阻用R4在上述接線基礎(chǔ)上，將“4”與“5”，“6”與“7”相連，觀察“14”與“17”之間波形，然后將“10”與“18”之間連線斷開，并觀察驅(qū)動波形是否消失，過流指示燈是否發(fā)亮，待故障消除后，撳復(fù)位按鈕即可繼續(xù)進行試驗。九、 尚存在待解決的問題：十一、對同學(xué)的要求：1根據(jù)所測數(shù)據(jù)，繪出IGBT的主要參數(shù)的表格與曲線 。2繪出輸入、輸出及對光耦延時以及慢速關(guān)斷等波形，并標(biāo)出延時與慢速關(guān)斷時間。3繪出所測的負柵壓值與過流閥值電壓值。4