电力电子器件及其驱动电路实验报告.doc

电力电子技术实验报告 姓名 教师 班级 学院 实验一 二、电力晶体管(GTR)特性研究 一．实验目的 1．熟悉(GTR)的开关特性与二极管的反向恢复特性及其测试方法 2．掌握GTR缓冲电路的工作原理与参数设计要求 二．实验内容 1．不同负载时的GTR开关特性测试。 2．不同基极电流时的开关特性测试。 3．有与没有基极反压时的开关过程比较。 4．并联冲电路性能测试。 5．串联冲电路性能测试。 6．二极管的反向恢复特性测试。 三．实验线路 四．实验设备和仪器 1．MCL-07电力电子实验箱中的GTR与PWM波形发生器部分 2．双踪示波器 3．万用表 4．教学实验台主控制屏 五．实验方法 1．不同负载时GTR开关特性测试 （1）电阻负载时的开关特性测试 GTR单元的开关S1合向“ ”， 将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的 “3”与“5”，“9”与“7”，“15”、“16”与“19”，“29”与“21”，以及GTR单元的“8”、“11”、“18”与主回路的“4”， GTR单元的“22”与主回路的“1”，即按照以下表格的说明连线。 GTR ：1 PWM：1 GTR：6 PWM：2 GTR：3 GTR：5 GTR：9 GTR：7 GTR：8 GTR：11 GTR：18 主回路：4 GTR：15 GTR：16 GTR：19 GTR：29 GTR：21 GTR：22 主回路：1 用示波器观察，基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。 ton= 1.8 us，ts= 1.8 us，tf= 1.2 us （2）电阻、电感性负载时的开关特性测试 除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”与“22”断开而将“2”与“22”相连)，其余接线与测试方法同上。 ton= 2.1 us，ts=10.0 us，tf= 2.5 us 2．不同基极电流时的开关特性测试 （1）基极电流较小时的开关过程 断开GTR单元“16”与“19”的连接，将基极回路的“15”与“19”相连，主回路的“1”与GTR单元的“22”相连，其余接线同上，测量并记录基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。 ton= 1.9 us，ts= 10.3 us，tf=2.0 us （2）基极电流较大时的开关过程 将GTR单元的“15”与“19”的连线断开，再将“14”与“19”相连，其余接线与测试方法同上。 ton= 1.7 us，ts= 10.9 us，tf= 2.2 us 六、实验总结 1.绘出电阻负载与电阻、电感负载时的GTR开关波形，并在图上标出ton、tS与tf，并分析不同负载时开关波形的差异。 电阻负载 阻感负载 分析：相较于电阻负载来说，阻感负载多了电感的储能与续流作用，所以开通和关断时间均长于电阻负载。 2.绘出不同基极电流时的开关波形并在图上标出ton、ts与tf，并分析理想基极电流的形状，探讨获得理想基极电流形的方法。 基极电流较小 基极电流较大 理想电流形状：开通时间较小，斜率接近90 形成手段：需要较为理想的驱动电路，使其开通和关断时间减少，并且使其幅值在一个较稳定并合适的值。 七、实验心得体会 629曾祎玲：对原本较为抽象的GTR开关特性，二极管的反向恢复特性等有了更直观的了解。 622王凝碧：不同的负载与基极电流都会影响GTR的开关特性，本次实验使我对这些规律有了更深刻的体会，并对GTR有了进一步的认识。 619孙亚妮：作为这门课的第一个实验，在实验仪器的使用上有麻烦，示波器的波形调了很久。通过实验基本对实验仪器有所接触和了解通过实验我了解了不同负载时的GTR开关特性及不同基极电流时的开关特性。 三 功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究 一、实验目的 1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法 2．掌握MOSEET对驱动电路的要求 3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法 二、实验内容 1．MOSFET主要参数：开启阀值电压VGS(th),跨导gFS,导通电阻Rds输出特性ID=f（Vsd）等的测试 2．驱动电路的输入,输出延时时间测试。 3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试。 4．有与没有反偏压时的开关过程比较 5．栅-源漏电流测试。 三、实验设备和仪器 1.NMCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分 2.双踪示波器 3.毫安表 4.电流表 5.电压表 四、实验线路 五、实验方法 1．MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET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MOS管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流ID，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表,测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。 将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，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2—6。 ID(mA) 0 0．36 0．85 1 1．53 2.08 3.66 Vgs(V) 0 2．887 2．982 3.002 3．051 3．086 3．153 表2-6 （2）跨导测试 =0.14286 S （3）转移特性 栅源电压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。 根据表2-6的测量数值，绘出转移特性。 图4.转移特性 (4)导通电阻RDS测试 导通电阻定义为RDS=VDS/ID 将电压表接至MOS管的“25”与“23”两端，测量UDS，其余接线同上。改变VGS从小到大读取ID与对应的漏源电压VDS，测量5-6 组数值，填入表2—7。 ID(mA) 0.153 0.272 0．505 1 1．233 2.40 5．38 VDS(V) 15.095 15.086 15．056 14.993 14.966 15．036 14．925 表2—7 (5)ID＝f（VSD）测试 ID＝f（VSD）系指VGS＝0时的VDS特性，它是指通过额定电流时，并联寄生二极管的正向压降。 a．在主回路的“3”端与MOS管的“23”端之间串入安培表，主回路的“4端与MOS管的“25”端相连，在MOS管的“23”与“25”之间接入电压表，将RP右旋转到底，读取一组ID与VSD的值。 =30.2 mA =0.617 V b．将主回路的“3”端与MOS管的“23”端断开，在主回路“1”端与MOS管的“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取另一组ID与VSD的值。 = 0.549 A =0.863 V c．将“1”端与“23”端断开，在在主回路“2”端与“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取第三组ID与VSD的值。 = 0.625 A =0.900 V 2.快速光耦合6N137输入与输出延时时间的测试 将MOSFET单元的输入“1”与“4”分别与PWM波形发生器的输出“1与“2”相连，再将MOSFET单元的“2”与“3”、“9”与“4”相连，用双踪示波器观察输入波形（“1”与“4”）及输出波形（“5”与“9”之间），记录开门时间ton、关门时间toff。 ton= 0.54 us ，toff= 0.15 us 3.驱动电路的输入、输出延时时间测试 在上接线基础上，再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”、“11”与“12”相连，“13”、“14”与“16”相连，用示波器观察输入“1”与“4”及驱动电路输出“18”与“9”之间波形，记录延时时间toff。 toff= 0.05 ms 4、电阻负载时MOSFET开关特性测试 （1）无关联缓冲时的开关特性测试 在上述接线基础上，将MOSFET单元的“9”与“4”连线断开，再将“20”与“24”、“22”与“23”、“21”与“9”以及主回路的“1”与“4”分别和MOSFET单元的“25”与“21”相连。用示波器观察“22”与“21”以及“24”与“21”之间波形（也可观察“22”与“21”及“25”与“21”之间的波形），记录开通时间ton与储存时间ts。 ton= 3.4 us ts=1.6 us （2）有并联缓冲时的开关特性测试 在上述接线基础上，再将“25”与“27”、“21”与“26”相连，测试方法同上。 ton=3 us ts=1.5 us 5、电阻、电感负载时的开关特性测试 （1）有并联缓冲时的开关特性测试 将主回路“1”与MOSFET单元的“25”断开，将主回路的“2”与MOSFET单元的“25”相连，测试方法同上。 ton=1.6 us ts=2.0 us 6、有栅极反压时的开关过程。 ton=2.8 us ts=2.6 us 六、实验总结 1、快速光耦6N137 2、驱动电路 3、 电阻负载无并联缓冲 4、 电阻负载有并联缓冲 5、 阻感负载 6、 有反压 七、思考题 1. 增大栅极电阻可消除高频振荡，是否栅极电阻越大越好，为什么？请你分析一下，增大栅极电阻能消除高频振荡的原因。 答：栅极电阻并非越大越好。栅极电阻过大，会与极间电容形成RC电路，严重影响MOSFET充放电时间，造成其消耗功率过高，发热严重。 2. 从实验所测的数据与波形，请你说明MOSFET对驱动电路的基本要求有哪一些？ 答：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。 3. 从理论上说，MOSFET的开、关时间是很短的，一般为纳秒级，但是试验中所测得的开、关时间却要大得多，你能否分析一下其中的原因吗？ 答：可能的原因有：元器件老化、测量仪器误差、人为读数误差等。 八、心得体会 629：掌握了实用驱动电路的工作原理与调试方法，并且对示波器的使用更加熟练。 622：经过本次试验我熟悉了MOSFET主要参数的测量方法以及其对驱动电路的要求。 619：经过对MOSFET参数的测量和电路的调试，使我加深了对MOSFET的了解，了解了电路的原理