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实验四绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动一、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R1S22C2C13+5VR1S2R2RP61255557834PWM35+&&R314321VD1L119+5VS15++13R51221&IGBT+5VR2R14S142667EXB84014R3159C110VD1R411RPR3R2C2R615V+S16172014VD2+18V1819R71五、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4-1ID（mA）0.030.260.420.651.001.632.002.60Vgs（V）4.995.305.375.445.505.585.635.65（2）跨导gFS测试表4-2ID（mA）0.020.150.661.001.701.962.233.05Vgs（V）4.985.225.445.505.585.605.625.67（3）导通电阻RDS测试表4—3ID（mA）0.020.260.621.001.533.115.907.06VDS（V）14.8514.8514.8414.8314.8214.7814.7014.672．EXB840性能测试（1）输入输出延时时间测试ton=0.9μs，toff=0.6μs（2）保护输出部分光耦延时时间测试延时时间t=32.4μs2（3）过流慢速关断时间测试慢速关断时间t=15μs（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=7.59V3．开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试开通时间ton=2.1μs关断时间toff=1.1μs（2）电阻，电感负载时开关特性测试开通时间ton=1.9μs关断时间toff=1.0μs（3）不同栅极电阻时开关特性测试开通时间ton=560ns关断时间toff=1.16μs七、实验结果的计算及曲线1.EXB840性能测试(1)输入输出延时时间，“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形(2)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(3)过流慢速关断时间，“1”与“13”及“12”与“13”之间波形3(4)关断时的负栅压，“12”与“17”之间波形(5)过流阈值电压测试2.开关特性测试4(1)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(2)电阻，电感负载时开关特性（R5＝3kΩ），“8”与“15”及“16”与“15”的波形5电阻，电感负载时开关特性(R4=27Ω)，“8”与“15”及“16”与“15”的波形3.并联缓冲电路作用测试(1)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6(2)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4.过电流保护性能测试(1)过流前7(2)过流后八、思考题：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。九、实验感想通过实验，我对对IGBT特性与驱动电路原理都有了一定了解，也提高了我的实验动手能力。在实验的过程中，我们组遇到了一些困难，但是在老师的帮助下都顺利解决了。感谢老师的指导和帮助！感谢同学的配合！