电力电子实验报告.docx
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电力电子实验报告
电力电子实验报告
学院名称 电气信息学院
专业班级 电气自动化03班
学 号
学生姓名
指导教师
实验一电力晶体管(GTR)驱动电路研究
一.实验目的
1.掌握GTR对基极驱动电路的要求
2.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.连接实验线路组成一个实用驱动电路
2.PWM波形发生器频率与占空比测试
3.光耦合器输入、输出延时时间与电流传输比测试
4.贝克箝位电路性能测试
5.过流保护电路性能测试
三.实验线路
四.实验设备和仪器
1.MCL-07电力电子实验箱
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.检查面板上所有开关是否均置于断开位置
2.PWM波形发生器频率与占空比测试
(1)开关S1、S2打向“通”,将脉冲占空比调节电位器RP顺时针旋到底,用示波器观察1和2点间的PWM波形,即可测量脉冲宽度、幅度与脉冲周期,并计算出频率f与占空比D
当S2通,RP右旋时:
当S2断,RP右旋时:
当S2通,RP左旋时:
当S2断,RP左旋时:
(2)将电位器RP左旋到底,测出f与D。
(3)将开关S2打向“断”,测出这时的f与D。
(4)电位器RP顺时针旋到底,测出这时的f与D。
(5)将S2打在“断”位置,然后调节RP,使占空比D=0.2左右。
3.光耦合器特性测试
(1)输入电阻为R1=1.6K时的开门,关门延时时间测试
a.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”及“6”与“11”,即按照以下表格的说明连线。
b.GTR单元的开关S1合向“”,用双踪示波器观察输入“1”与“6”及输出“7”与“11”之间波形,记录开门时间ton(含延迟时间td和下降时间tf)以及关门时间toff(含储存时间ts和上升时间tr)
对应的图为:
(2)输入电阻为R2=150时的开门,关门延时时间测试
将GTR单元的“3”与“5”断开,并连接“4”与“5”,调节电位器RP顺时针旋到底(使RP短接),其余同上,记录开门、关门时间。
对应的图为:
(3)输入加速电容对开门、关门延时时间影响的测试
断开GTR单元的“4”和“5”,将“2”、“3”与“5”相连,即可测出具有加速电容时的开门、关门时间。
对应的图为:
(4)输入、输出电流传输比(CTR)测定
电流传输比定义为CTR=输出电流/输入电流
GTR单元的开关S1合向“5V”,S2打向“通”,连接GTR的“6”和PWM波形发生器的“2”,分别在GTR单元的“4”和“5”以及“9”与“7”之间串入直流毫安表,电位器RP左旋到底,测量光耦输入电流Iin、输出电流Iout。
改变RP(逐渐右旋),分别测量5-6组光耦输入,输出电流,填入表5—5。
4.驱动电路输入,输出延时时间测试
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”及“6”与“11”、“8”,即按照以下表格的说明连线。
用双踪示波器观察GTR单元输入“1”与“6”及驱动电路输出“14”与“11”之间波形,记录驱动电路的输入,输出延时时间。
对应的图为:
5.贝克箝位电路性能测试
(1)不加贝克箝位电路时的GTR存贮时间测试。
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”2“、“3”与“5”,“9”与“7”,“14”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。
用双踪示波器观察基极驱动信号ub(“19”与“18”之间)及集电极电流ic(“22”与“18”之间)波形,记录存贮时间ts
对应的图为:
(2)加上贝克箝位电路后的GTR存贮时间测试
在上述条件下,将20与14相连,观察与记录ts的变化。
对应的图为:
6.过流保护性能测试
在实验5接线的基础上接入过流保护电路,即断开“8”与“11”的连接,将“36”与“21”、“37”与“8”相连,开关S3放在“断”位置。
用示波器观察“19”与“18”及“21”与“18”之间波形,将S3合向“通”位置,(即减小比较器的比较电压,以此来模拟采样电阻R8两端电压的增大),此时过流指示灯亮,并封锁驱动信号。
将S3放到断开位置,按复位按钮,过流指示灯灭,即可继续进行试验。
六.实验报告
1.画出PWM波形,列出PWM波形发生器S2在“通”与“断”位置时的频率f与最大,最小占空比。
2.画出光耦合器在不同输入电阻及带有加速电容时的输入、输出延时时间曲线,探讨能缩短开门、关门延时时间的方法。
3.列出光耦输入、输出电流,并画出电流传输比曲线。
4.列出有与没有贝克箝位电路时的GTR存贮时间ts,并说明使用贝克箝位电路能缩短存贮时间ts的物理原因以及对贝克箝位二极管V1的参数选择要求。
5.试说明过流保护电路的工作原理。
6.实验的收获,体会与改进意见。
实验二功率场效应晶体管(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.MCL-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、实验线路见图
五.实验方法
1.MOSFET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,
测的数据如图所示:
(2)跨导gFS测试
双极型晶体管(GTR)通常用hFE(β)表示其增益,功率MOSFET器件以跨导gFS表示其增益。
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。
典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和VDS=15V下测得,受条件限制,实验中只能测到1/5额定漏极电流值。
根据表5—6的测量数值,计算gFS。
(3)转移特性ID=f(VGS)
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4—6的测量数值,绘出转移特性。
(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。
测得数据如图所示:
(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。
数据如图所示:
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。
数据如图所示:
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。
数据如图所示:
2.快速光耦6N137输入、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。
3.驱动电路的输入、输出延时时间测试
在上述接线基础上,再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”、“11”与“12”、“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。
4.电阻负载时MOSFET开关特性测试
(1)无并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与存储时间ts。
(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。
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。
(2)无并联缓冲时的开关特性测试
将并联缓冲电路断开,测试方法同上。
6.有与没有栅极反压时的开关过程比较
(1)无反压时的开关过程
上述所测的即为无反压时的开关过程。
(2)有反压时的开关过程
将反压环节接入试验电路,即断开MOSFET单元的“9”与“21”的相连,连接“9”与“15”,“17”与“21”,其余接线不变,测试方法同上,并与无反压时的开关过程相比较。
7.不同栅极电阻时的开关特性测试
电阻、电感负载,有并联缓冲电路
(1)栅极电阻采用R6=200Ω时的开关特性。
(2)栅极电阻采用R7=470Ω时的开关特性。
(3)栅极电阻采用R8=1.2kΩ时的开关特性。
8.栅源极电容充放电电流测试
电阻负载,栅极电阻采用R6,用示波器观察R6两端波形并记录该波形的正负幅值。
9.消除高频振荡试验
当采用电阻、电感负载,无并联缓冲,栅极电阻为R6时,可能会产生较严重的高频振荡,通常可用增大栅极电阻的方法消除,当出现高频振荡时,可将栅极电阻用较大阻值的R8。
六.实验报告
1.根据所测数据,列出MOSFET主要参数的表格与曲线。
2.列出快速光耦6N137与驱动电路的延时时间与波形。
3.绘出电阻负载,电阻、电感负载,有与没有并联缓冲时的开关波形,并在图上标出ton、toff。
4.绘出有与没有栅极反压时的开关波形,并分