电力电子实验报告Word文档格式.docx

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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

（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。

（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。

（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。

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

（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。

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

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

3．毫安表

4．电流表

5．电压表

四、实验线路见图

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。

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。

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。

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