1

Ćw. N9 i N11

1

PROWIZORIUM

TRANZYSTORY W ENERGOELEKTRONICE

(ĆW. N9 i N11)

Układy pomiarowe do badania tranzystorów IGBT

Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych przedstawiony

został na rys. 1. Do wykonania pomiarów niezb

ędne jest stanowisko badawcze zawierające

układ laboratoryjny, zasilacz pr

ądu stałego U=30V, amperomierz oraz dwa woltomierze

cyfrowe. Zasilanie obwodu bramkowego U

GE

=var zrealizowane zostało w układzie

laboratoryjnym za pomoc

ą potencjometru i nie wymaga wykorzystywania zewnętrznego

zasilacza. Zasilanie obwodu głównego tranzystora U

CE

=var odbywa si

ę z zasilacza

laboratoryjnego U=30V. UWAGA: ograniczenie pr

ądowe zasilacza U

CE

powinno by

ć

ustawione na 50% warto

ści katalogowej prądu I

C

tranzystora nagrzanego (T

C

=90

°

C).

V

A

I

C

U

CE

=var

E

U

GE

=var

V

C

G

Rys. 1. Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyk statycznych tranzystora IGBT

Schemat układu pomiarowego do badania stanów dynamicznych tranzystora IGBT
przedstawiono na rys. 2.

GI

Si9910

ZL

30V

+15 V

Obci

ąż

enie

R lub RL

ZAŁ

WYŁ

R

G1

R

G2

Rys. 2. Układ pomiarowy do badania stanów dynamicznych tranzystora IGBT

(GI – laboratoryjny generator impulsów, Si9910 – wzmacniacz bramkowy tranzystora IGBT,

ZL – zasilacz laboratoryjny)

Układ Si9910 stanowi specjalizowany wzmacniacz bramkowy tranzystorów IGBT

znajduj

ący się w układzie laboratoryjnym. Układ Si9910 zasilany jest z wewnętrznego

zasilacza umieszczonego w układzie laboratoryjnym. Do układu laboratoryjnego podł

ącza się

jedynie generator impulsów GI, zasilacz laboratoryjny ZL oraz obci

ążenie R lub RL.

Układ pomiarowe do badania tranzystora bipolarnego:

Schemat układu pomiarowego do pomiaru stanu przewodzenia (celem pomiaru jest

wyznaczenie warto

ści napięcia i prądu sterującego zapewniającego stan przewodzenia)

pokazano na rys.3. Układ zawiera dwa zasilacze stabilizowane, w tym jeden o pr

ądzie

wyj

ściowym nie mniejszym od 5A z możliwością niezależnego i dokładnego ustawienia

ogranicze

ń napięcia i prądu wyjściowego oraz woltomierze i amperomierze.

2

Ćw. N9 i N11

2

Z1

mA

V

1

V

2

Z2

R1

R

B

E

C

Max 3V

A

Rys. 3. Układ do pomiaru stanu przewodzenia tranzystora bipolarnego lub unipolarnego

Przy pracy impulsowej dla zapewnienia odpowiednich poziomów napi

ęcia i prądu impulsu

steruj

ącego stosuje się układy sterujące (przedwzmacniacze lub drajwery). Na rys. 4 pokazano

przykłady układów sterowania tranzystora bipolarnego Układ do tłumienia przepi

ęć,

powstaj

ących przy przełączaniu indukcyjności, pokazano na rys. 5.

GI

R1

T

T2

GI

R1

T

T1

T2

GI

R1

T

T1

a)

b)

c)

Rys. 4 Przykłady sterowania tranzystora bipolarnego T: a) przerywanie pr

ądu bazy; b)

zwieranie obwodu baza- emiter c) sterowanie pr

ądowe z odsysaniem ładunku; GI - generator

impulsów

GI

a)

R1

R

L

b)

T

T1

T2

R

dz

R

tł

Rys. 5 Układy do tłumienia przepi

ęć na tranzystorze T przy obciążeniu RL; a) dioda

zwrotna, b) tłumik RCD

Program

ćwiczenia:

TRANZYSTOR IGBT
1. Poł

ączyć układ do badania charakterystyk statycznych tranzystora IGBT. Zmierzyć:

•

charakterystyki statyczne tranzystora IGBT I

C

=f(U

CE

) dla czterech ró

żnych wartości

napi

ęcia U

GE

=11, 10, 9 i 7V (w sprawozdaniu zmierzone cztery charakterystyki

przedstawi

ć na wspólnym wykresie),

•

charakterystyk

ę przejścia tranzystora IGBT I

C

=f(U

GE

) przy napi

ęciu U

CE

=20V,

3

Ćw. N9 i N11

3

•

charakterystyk

ę nasycenia tranzystora IGBT U

CE

=f(U

GE

) przy trzech ró

żnych prądach

kolektora I

C

(w sprawozdaniu zmierzone trzy charakterystyki przedstawi

ć na

wspólnym wykresie).

Pomiary wykona

ć dla dwóch typów tranzystorów.

UWAGA! Aby nie uszkodzi

ć tranzystora przez przekroczenie jego maksymalnej

temperatury zł

ącza należy kontrolować straty wydzielające się na tranzystorze. Straty

okre

ślane jako iloczyn prądu I

C

oraz napi

ęcia U

CE

nie mog

ą podczas pomiarów

przekroczy

ć dopuszczalnych strat mocy P

TOT

podawanych w katalogu dla tranzystora

nagrzanego. Dodatkowo przy pomiarach nie mo

żna przekraczać 50% katalogowej

warto

ści prądu I

C

tranzystora nagrzanego kontroluj

ąc jednocześnie temperaturę

metalowej obudowy tranzystora IGBT. Je

śli temperatura T

C

osi

ągnie 60

°°°°

C układ

nale

ży natychmiast wyłączyć i poczekać aż tranzystor ostygnie.

2. Poł

ączyć układ do badania stanów dynamicznych tranzystora IGBT. Generator

cz

ęstotliwości ustawić tak aby uzyskać przebieg prostokątny o współczynniku wypełnienia

0.5 i poziomach napi

ęć 0V i +5V. Przy ustawionej stałej częstotliwości przełączania

tranzystora (dla f=1, 2, 10 kHz) zarejestrowa

ć przebiegi:

•

napi

ęcia kolektor –emiter u

CE

,

•

pr

ąd kolektora i

C

,

•

napi

ęcie bramki u

GE

.

3. W układzie z punktu 2 zbada

ć wpływ rezystancji bramkowych R

G1

oraz R

G2

na szybko

ść

zał

ączania i wyłączania tranzystora.

TRANZYSTOR BIPOLARNY
4. Wyznaczy

ć charakterystyki przewodzenia tranzystora bipolarnego U

CE

=f(I

B

) przy stałym

pr

ądzie kolektora I

C

. Po nastawieniu napi

ęcia na zasilaczu Z1 na wartość ok. 3 V i prądu I

C

na wybran

ą wartość (I

C

=1, 2A) nale

ży zwiększać sygnał sterujący (I

B

) i odczytywa

ć

dokładnie spadek napi

ęcia na tranzystorze. W sprawozdaniu zmierzone charakterystyki

przedstawi

ć na wspólnym wykresie.

5. Dla trzech układów wyzwalania tranzystora bipolarnego przedstawionych na rys. 4 oraz

obci

ążenia rezystancyjnego zarejestrować przy użyciu oscyloskopu przebiegi:

•

napi

ęcie baza emiter u

GE

.

•

napi

ęcia kolektor –emiter u

CE

,

•

pr

ąd kolektora i

C

,

6. W układzie z rys. 5 przy obci

ążeniu RL tranzystora bipolarnego zarejestrować przebieg

napi

ęcia u

CE

dla nast

ępujących przypadków:

•

z odł

ączoną diodą zerową i odłączonym tłumikiem RCD,

•

z zał

ączoną diodą zerową i odłączonym tłumikiem RCD,

•

z zał

ączoną diodą zerową i załączonym tłumikiem RCD.

Badane tranzystory

Dane katalogowe badanego tranzystora IGBT typu BUP 202
Dopuszczalne napi

ęcie U

CE

...........1000V

Dopuszczalny pr

ąd I

C

przy T

C

=25

°

C......................12A

Dopuszczalny pr

ąd I

C

przy T

C

=90

°

C......................8A

Dopuszczalna moc strat P

tot

(przy T

c

=25

°

C) ...... 100W

Dopuszczalna moc strat P

tot

(przy T

c

=90

°

C) ...... 40W

Maksymalna temperatura zł

ącza T

jmax

= 150

°

C

4

Ćw. N9 i N11

4

Dane katalogowe badanego tranzystora IGBT typu IXSH 10N60A
Dopuszczalne napi

ęcie U

CE

...........600V

Dopuszczalny pr

ąd I

C

przy T

C

=25

°

C......................20A

Dopuszczalny pr

ąd I

C

przy T

C

=90

°

C......................10A

Dopuszczalna moc strat P

tot

(przy T

c

=25

°

C) ...... 100W

Dopuszczalna moc strat P

tot

(przy T

c

=90

°

C) ...... 40W

Maksymalna temperatura zł

ącza T

jmax

= 150

°

C

Dane katalogowe badanego tranzystora bipolarnego typu SU 160 (odpowiednik BU208A)
Dopuszczalne napi

ęcie U

CE0

...........700V

Dopuszczalny pr

ąd I

C

......................5A

Dopuszczalna moc strat 12,5 W przy

ϑ

c

=95

°

C

Maksymalna temperatura zł

ącza T

jmax

= 120

°

C

Literatura:

1. Nowak L., Barlik K.: Poradnik in

żyniera energoelektronika. WNT, Warszawa 1998.

{ str. 288 rozdział 3.3 „Tranzystor bipolarny” }
{ str. 227 rozdział 3.7 „Tranzystor bipolarny z izolowan

ą bramką (IGBT)” }

2. Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika. WNT, Warszawa 1994.

{ str. 35 podrozdział 2.4.1 „Tranzystory bipolarne mocy BJT” }
{ str. 48 podrozdział 2.4.3 „Tranzystory z izolowan

ą bramką IGBT” }