IGBT特性与驱动Word文档下载推荐.docx
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2010年5月5日
一、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。
二、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
四、实验示意图：
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的优点，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MOSFET，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通态压降为2～3V。
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4—1
ID（mA）
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
2.0
Vgs（V）
4.96
5.05
5.11
5.15
5.19
5.21
5.26
（2）跨导gFS测试
表4—2
0.25
4.97
5.06
5.12
5.16
5.22
5.27
（3）导通电阻RDS测试
表4—3
VDS（V）
15.0
14.99
14.98
14.97
14.96
14.94
2．EXB840性能测试
（1）输入输出延时时间测试
ton=0.75μs，toff=1.5μs
（2）保护输出部分光耦延时时间测试
.延时时间t=31.6μs
（3）过流慢速关断时间测试
慢速关断时间t=46.5μs
（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=1.5μs
（2）电阻，电感负载时开关特性测试
记录开通延迟时间t=1.1μs
七、实验结果的计算及曲线：
输入输出延时时间，“1”与“13”及EXB840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”之间波形
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＝3kΩ），“8”与“15”及“14”与“15”的波形
电阻负载时开关特性（R4=27Ω），“8”与“15”及“14”与“15”的波形
电阻，电感负载时开关特性（R5＝3kΩ），“8”与“15”及“16”与“15”的波形
电阻，电感负载时开关特性（R4=27Ω），“8”与“15”及“16”与“15”的波形
电阻负载，有缓冲电路时,“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，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IGBT，该模块内部驱动电路使信号延迟≤1μs，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：
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VGS（th）。
读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表4—1。
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4—2。
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4—3。
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。
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。
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。
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。
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“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。
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。
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＝3kΩ改为R4=27Ω，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”，“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
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