電力電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究

1、實(shí)驗(yàn)三 功率場效應(yīng)晶體管(mosfet)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?熟悉mosfet主要參數(shù)的測量方法2掌握moseet對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求3掌握一個(gè)實(shí)用驅(qū)動(dòng)電路的工作原理與調(diào)試方法二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1mosfet主要參數(shù)：開啟閥值電壓vgs(th),跨導(dǎo)gfs,導(dǎo)通電阻rds 輸出特性id=f（vsd）等的測試2驅(qū)動(dòng)電路的輸入,輸出延時(shí)時(shí)間測試.3電阻與電阻、電感性質(zhì)載時(shí)，mosfet開關(guān)特性測試4有與沒有反偏壓時(shí)的開關(guān)過程比較5柵-源漏電流測試三實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1mcl-07電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的mosfet與pwm波形發(fā)生器部分2雙蹤示波器（自配）3毫安表4電流表5電壓表四、實(shí)驗(yàn)線路見圖22五實(shí)驗(yàn)方法

2、1mosfet主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓vgs(th)測試開啟閥值電壓簡稱開啟電壓，是指器件流過一定量的漏極電流時(shí)（通常取漏極電流id=1ma)的最小柵源電壓。在主回路的“1”端與mos 管的“25”端之間串入毫安表，測量漏極電流id，將主回路的“3”與“4”端分別與mos管的“24”與“23”相連，再在“24”與“23”端間接入電壓表, 測量mos管的柵源電壓vgs，并將主回路電位器rp左旋到底，使vgs=0。將電位器rp逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表的讀數(shù)，當(dāng)漏極電流id=1ma時(shí)的柵源電壓值即為開啟閥值電壓vgs（th）。讀取67組id、vgs，其中id=1ma必測，填入表26。表

3、26id（ma）1vgs（v）（2）跨導(dǎo)gfs測試雙極型晶體管（gtr）通常用hfe（）表示其增益，功率mosfet器件以跨導(dǎo)gfs表示其增益?？鐚?dǎo)的定義為漏極電流的小變化與相應(yīng)的柵源電壓小變化量之比，即gfs=id/vgs。典型的跨導(dǎo)額定值是在1/2額定漏極電流和vds=15v下測得，受條件限制，實(shí)驗(yàn)中只能測到1/5額定漏極電流值。根據(jù)表26的測量數(shù)值，計(jì)算gfs。（3）轉(zhuǎn)移特性idf（vgs）柵源電壓vgs與漏極電流id的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性。根據(jù)表26的測量數(shù)值，繪出轉(zhuǎn)移特性。 (4)導(dǎo)通電阻rds測試導(dǎo)通電阻定義為rds=vds/id將電壓表接至mos 管的“25”與“23”兩端，測量

4、uds，其余接線同上。改變vgs 從小到大讀取id與對(duì)應(yīng)的漏源電壓 vds，測量5-6組數(shù)值，填入表27。表27id（ma）1vds（v）(5)idf（vsd）測試idf（vsd）系指vgs0時(shí)的vds特性，它是指通過額定電流時(shí)，并聯(lián)寄生二極管的正向壓降。a在主回路的“3”端與mos管的“23” 端之間串入安培表，主回路的“4”端與mos管的“25”端相連，在mos管的“23”與“25”之間接入電壓表，將rp右旋轉(zhuǎn)到底，讀取一組id與vsd的值。b將主回路的“3”端與mos管的“23”端斷開，在主回路“1”端與mos管的“23”端之間串入安培表，其余接線與測試方法同上，讀取另一組id與vsd的

5、值。c將“1”端與“23”端斷開，在在主回路“2”端與“23”端之間串入安培表，其余接線與測試方法同上，讀取第三組id與vsd的值。2快速光耦6n137輸入、輸出延時(shí)時(shí)間的測試將mosfet單元的輸入“1”與“4”分別與pwm波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再將mosfet單元的“2”與“3”、“9”與“4”相連，用雙蹤示波器觀察輸入波形（“1”與“4”）及輸出波形（“5”與“9”之間），記錄開門時(shí)間ton、關(guān)門時(shí)間toff。ton= ，toff=3驅(qū)動(dòng)電路的輸入、輸出延時(shí)時(shí)間測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“5”與“8”、“6”與“7”、“10”、“11”與“12”、“13”、“14”與“16

6、”相連，用示波器觀察輸入“1”與“4”及驅(qū)動(dòng)電路輸出“18”與“9”之間波形，記錄延時(shí)時(shí)間toff。4電阻負(fù)載時(shí)mosfet開關(guān)特性測試（1）無并聯(lián)緩沖時(shí)的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，將mosfet單元的“9”與“4”連線斷開，再將“20”與“24”、“22”與“23”、“21”與“9”以及主回路的“1”與“4”分別和mosfet單元的“25”與“21”相連。用示波器觀察“22”與“21”以及“24”與“21”之間波形（也可觀察“22”與“21”及“25”與“21”之間的波形），記錄開通時(shí)間ton與存儲(chǔ)時(shí)間ts。ton= ，ts=（2）有并聯(lián)緩沖時(shí)的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“25”

7、與“27”、“21”與“26”相連，測試方法同上。5電阻、電感負(fù)載時(shí)的開關(guān)特性測試（1）有并聯(lián)緩沖時(shí)的開關(guān)特性測試將主回路“1”與mosfet單元的“25”斷開，將主回路的“2”與mosfet單元的“25”相連，測試方法同上。（2）無并聯(lián)緩沖時(shí)的開關(guān)特性測試將并聯(lián)緩沖電路斷開，測試方法同上。6有與沒有柵極反壓時(shí)的開關(guān)過程比較（1）無反壓時(shí)的開關(guān)過程上述所測的即為無反壓時(shí)的開關(guān)過程。（2）有反壓時(shí)的開關(guān)過程將反壓環(huán)節(jié)接入試驗(yàn)電路，即斷開mosfet單元的“9”與“21”的相連，連接“9”與“15”，“17”與“21”，其余接線不變，測試方法同上，并與無反壓時(shí)的開關(guān)過程相比較。7不同柵極電阻時(shí)的開

8、關(guān)特性測試電阻、電感負(fù)載，有并聯(lián)緩沖電路（1）柵極電阻采用r6=200時(shí)的開關(guān)特性。（2）柵極電阻采用r7=470時(shí)的開關(guān)特性。（3）柵極電阻采用r8=1.2k時(shí)的開關(guān)特性。8柵源極電容充放電電流測試電阻負(fù)載，柵極電阻采用r6，用示波器觀察r6兩端波形并記錄該波形的正負(fù)幅值。9消除高頻振蕩試驗(yàn)當(dāng)采用電阻、電感負(fù)載，無并聯(lián)緩沖，柵極電阻為r6時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的高頻振蕩，通?？捎迷龃髺艠O電阻的方法消除，當(dāng)出現(xiàn)高頻振蕩時(shí)，可將柵極電阻用較大阻值的r8。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)所測數(shù)據(jù)，列出mosfet主要參數(shù)的表格與曲線。2列出快速光耦6n137與驅(qū)動(dòng)電路的延時(shí)時(shí)間與波形。3繪出電阻負(fù)載，電阻、電感負(fù)載

9、，有與沒有并聯(lián)緩沖時(shí)的開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出ton、toff。4繪出有與沒有柵極反壓時(shí)的開關(guān)波形，并分析其對(duì)關(guān)斷過程的影響。5繪出不同柵極電阻時(shí)的開關(guān)波形，分析柵極電阻大小對(duì)開關(guān)過程影響的物理原因。6繪出柵源極電容充放電電流波形，試估算出充放電電流的峰值。7消除高頻振蕩的措施與效果。8實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見。六、思考題1增大柵極電阻可消除高頻振蕩，是否柵極電阻越大越好，為什么？請(qǐng)你分析一下，增大柵極電阻能消除高頻振蕩的原因。2從實(shí)驗(yàn)所測的數(shù)據(jù)與波形，請(qǐng)你說明mosfet對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的基本要求有哪一些？你能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用化的驅(qū)動(dòng)電路。3從理論上說，mosfet的開、關(guān)時(shí)間是很短的，一般為納秒級(jí)

10、，但實(shí)驗(yàn)中所測得的開、關(guān)時(shí)間卻要大得多，你能否分析一下其中的原因嗎？實(shí)驗(yàn)四 絕緣柵雙極型晶體管(igbt)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉igbt主要參數(shù)與開關(guān)特性的測試方法。2掌握混合集成驅(qū)動(dòng)電路exb840的工作原理與調(diào)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1igbt主要參數(shù)測試。2exb840性能測試。3igbt開關(guān)特性測試。4過流保護(hù)性能測試。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1nmcl-07電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的igbt與pwm波形發(fā)生器部分。2雙蹤示波器。（自配）3毫安表4電壓表5電流表6教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏四實(shí)驗(yàn)線路見圖23五實(shí)驗(yàn)方法1igbt主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓vgs（th）測試在主回路的“1”端與igbt的

11、“18”端之間串入毫安表，將主回路的“3”與“4”端分別與igbt管的“14”與“17”端相連，再在“14”與“17”端間接入電壓表，并將主回路電位器rp左旋到底。將電位器rp逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表，當(dāng)漏極電流id=1ma時(shí)的柵源電壓值即為開啟閥值電壓vgs（th）。讀取67組id、vgs，其中id=1ma必測，填入表28。表28id（ma）1vgs（v） （2）跨導(dǎo)gfs測試在主回路的“2”端與igbt的“18”端串入安培表，將rp左旋到底，其余接線同上。將rp逐漸向右旋轉(zhuǎn)，讀取id與對(duì)應(yīng)的vgs值，測量5-6組數(shù)據(jù)，填入表29。表29id（ma）1vgs（v）（3）導(dǎo)通電阻rds

12、測試將電壓表接入“18”與“17”兩端，其余同上，從小到大改變vgs，讀取id與對(duì)應(yīng)的漏源電壓vds，測量5-6組數(shù)據(jù)，填入表210。表210id（ma）1vgs（v）2exb840性能測試（1）輸入輸出延時(shí)時(shí)間測試igbt部分的“1”與“13”分別與pwm波形發(fā)生部分的“1”與“2”相連，再將igbt部分的“10”與“13”、與門輸入“2”與“1”相連，用示波器觀察輸入“1”與“13”及exb840輸出“12”與“13”之間波形，記錄開通與關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。ton= ，toff=（2）保護(hù)輸出部分光耦延時(shí)時(shí)間測試將igbt部分“10”與“13”的連線斷開，并將“6”與“7”相連。用示波器觀察“8

13、”與“13”及“4”與“13” 之間波形，記錄延時(shí)時(shí)間。（3）過流慢速關(guān)斷時(shí)間測試接線同上，用示波器觀察“1”與“13”及“12”與“13”之間波形，記錄慢速關(guān)斷時(shí)間。（4）關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓測試斷開“10”與“13”的相連，其余接線同上，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，記錄關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓值。（5）過流閥值電壓測試斷開“10”與“13”，“2”與“1”的相連，分別連接“2”與“3”，“4”與“5”，“6”與“7”，將主回路的“3”與“4”分別和“10”與“17”相連，即按照以下表格的說明連線。 igbt：17 主回路：4igbt：10主回路：3igbt：4igbt：5igbt：6igbt：

14、7igbt：2 igbt：3igbt：12igbt：14rp左旋到底，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，將rp逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視波形，一旦該波形消失時(shí)即停止旋轉(zhuǎn)，測出主回路“3”與“4”之間電壓值，該值即為過流保護(hù)閥值電壓值。（6）4端外接電容器c1功能測試供教師研究用exb840使用手冊(cè)中說明該電容器的作用是防止過流保護(hù)電路誤動(dòng)作（絕大部分場合不需要電容器）。ac1不接，測量“8”與“13”之間波形。b“9”與“13”相連時(shí)，測量“8”與“13” 之間波形，并與上述波形相比較。3開關(guān)特性測試（1）電阻負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測試將“1”與“13”分別與波形發(fā)生器“1”與“2”相連，“4”

15、與“5”，“6”與“7”，2“與”3“，“12”與“14”，“10”與“18”， “17”與“16”相連，主回路的“1”與“4”分別和igbt部分的“18”與“15”相連。即按照以下表格的說明連線。igbt：1pwm：1igbt：13pwm：2igbt：4igbt：5igbt：6igbt：7igbt：2 igbt：3igbt：12igbt：14igbt：17igbt：16igbt：10igbt：18 igbt：15 主回路：4igbt：18主回路：1 用示波器分別觀察“8”與“15”及“14”與“15”的波形，記錄開通延遲時(shí)間。（2）電阻，電感負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測試將主回路“1”與“18”的連線斷

16、開，再將主回路“2”與“18”相連，用示波器分別觀察“8”與“15”及“16”與“15”的波形，記錄開通延遲時(shí)間。（3）不同柵極電阻時(shí)開關(guān)特性測試將“12”與“14”的連線斷開，再將“11”與“14”相連，柵極電阻從r53k改為r4=27，其余接線與測試方法同上。4并聯(lián)緩沖電路作用測試（1）電阻負(fù)載，有與沒有緩沖電路時(shí)觀察“14”與“17”及“18”與“17”之間波形。（2）電阻，電感負(fù)載，有與沒有緩沖電路時(shí)，觀察波形同上。5過流保護(hù)性能測試，柵計(jì)電阻用r4在上述接線基礎(chǔ)上，將“4”與“5”，“6”與“7”相連，觀察“14”與“17”之間波形，然后將“10”與“18”之間連線斷開，并觀察驅(qū)動(dòng)波

17、形是否消失，過流指示燈是否發(fā)亮，待故障消除后，撳復(fù)位按鈕即可繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)所測數(shù)據(jù)，繪出igbt的主要參數(shù)的表格與曲線 。2繪出輸入、輸出及對(duì)光耦延時(shí)以及慢速關(guān)斷等波形，并標(biāo)出延時(shí)與慢速關(guān)斷時(shí)間。3繪出所測的負(fù)柵壓值與過流閥值電壓值。4繪出電阻負(fù)載，電阻電感負(fù)載以及不同柵極電阻時(shí)的開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出ton 與toff。5繪出電阻負(fù)載與電阻、電感負(fù)載有與沒有并聯(lián)緩沖電路時(shí)的開關(guān)波形，并說明并聯(lián)緩沖電路的作用。6過流保護(hù)性能測試結(jié)果，并對(duì)該過流保護(hù)電路作出評(píng)價(jià)。7實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見。七思考題1試對(duì)由exb840構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。2在選用二極管v1時(shí)，對(duì)其參

18、數(shù)有何要求？其正向壓降大小對(duì)igbt的過流保護(hù)功能有何影響？3通過mosfet與igbt器件的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你對(duì)兩者在驅(qū)動(dòng)電路的要求，開關(guān)特性與開關(guān)頻率，有、無反并聯(lián)寄生二極管，電流、電壓容量以及使用中的注意事項(xiàng)等方面作一分析比較。實(shí)驗(yàn)五 直流斬波電路的性能研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜そ祲簲夭娐罚╞uck chopper）和升壓斬波電路(boost chopper)的工作原理，掌握這兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1sg3525芯片的調(diào)試。2降壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。3升壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2nmcl-16組件。3nmel-0

19、3電阻箱 (900/0.41a)。4萬用表（自配）。5雙蹤示波器（自配）6直流安培表。四實(shí)驗(yàn)方法1sg3525的調(diào)試。原理框圖見圖26。將扭子開關(guān)s1打向“直流斬波”側(cè)，s2電源開關(guān)打向“on”，將“3”端和“4”端用導(dǎo)線短接，用示波器觀察“1”端輸出電壓波形應(yīng)為鋸齒波，并記錄其波形的頻率和幅值。扭子開關(guān)s2扳向“off”，用導(dǎo)線分別連接“5”、“6”、“9”，用示波器觀察“5”端波形，并記錄其波形、頻率、幅度，調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，記錄其最大占空比和最小占空比。dmax=dmin=2實(shí)驗(yàn)接線圖見圖27。（1）切斷nmcl-16主電源，分別將“主電源2”的“1”端和“直流斬波電路”的“1

20、”端相連，“主電源2”的“2”端和“直流斬波電路”的“2”端相連，將“pwm波形發(fā)生”的“7”、“8”端分別和直流斬波電路vt1的g1s1 端相連，“直流斬波電路”的“4”、“5”端串聯(lián)nmel-03電阻箱 (將兩組900/0.41a的電阻并聯(lián)起來，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約450)，和直流安培表（將量程切換到2a擋）。（2）檢查接線正確后，接通控制電路和主電路的電源(注意：先接通控制電路電源后接通主電路電源 )，改變脈沖占空比，每改變一次，分別觀察pwm信號(hào)的波形，mosfet的柵源電壓波形，輸出電壓、u0波形，輸出電流i0的波形，記錄pwm信號(hào)占空比d，ui、u0的平均值ui和u0。（3）改變負(fù)載r的值（注意：負(fù)載電流不能超過1a），重復(fù)上述內(nèi)容2。（4）切斷主電