实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究 电力电子技术实验 实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究
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。
四．实验线路及原理 线路图见图4-1 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 Gate Bipolar 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优点，驱动功率小而饱和压降低。
五．实验方法 1．IGBT主要参数测试 （1）开启阀值电压VGS（th）测试 开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流ID=1mA)的最小栅源电压。 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。读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测。
（1）开启阀值电压VGS（th）测试接线图
（2）跨导gFS测试 跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS=△ID/△VGS。 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。 （3）导通电阻RDS测试 导通电阻定义为RDS=VDS/ID 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，
（2）跨导gFS测试（3）导通电阻RDS测试接线图
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。 ton= ，toff=
（1）输入输出延时时间测试接线图
输入输出延时时间波形
（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。
（2）保护输出部分光耦延时时间测试接线图
保护输出部分光耦延时波形
（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。
（3）过流慢速关断时间测试波形
（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。
（4）关断时的负栅压测试
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。 用示波器分别观察“18”与“15”及“14”与“15”的波形，记录开通延迟时间。
开关特性测试接线图
电阻负载时开关特性测试
电阻，电感负载时开关特性测试
不同栅极电阻时开关特性测试 栅极电阻从R5＝3kΩ改为R4=27Ω 电阻负载 电阻，电感负载
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。
并联缓冲电路作用测试（电阻负载 ） 有缓冲 无缓冲
并联缓冲电路作用测试（电阻，电感负载 ） 有缓冲 无缓冲
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。
六．实验报告 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。