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文档简介

1、电力电子实验报告学号12031006姓名王天然实验一 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安培表(实验箱自带)4电压表(使用万用表的直流电压档)三实验方法1MOSFET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)的最小栅源极电压。在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端

2、之间串入毫安表(箱上自带的数字安培表表头),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67组ID、Vgs,其中ID=1mA必测,填入下表中。ID(mA)0.20.515100200500Vgs(V)2.642.722.863.043.503.633.89(2)跨导gFS测试双极型晶体管(GTR)通常用hFE()表示其增

3、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。 注意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,因此重点是掌握跨导的测量及计算方法。根据上一步得到的测量数值,计算gFS=0.0038ID(mA)0.20.51510100200500Vgs(V)2.642.722.863.043.133.53.633.89gFS0.0038 0.0036 0.0222 0.0556 0.2432 0.7692 1.1538 (3)导通电阻RDS测试导通电阻定义为R

4、DS=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6组数值,填入下表中。ID(mA)00.511050100200500VDS(V)14.7814.7714.7514.4613.6412.4810.363.74(4)IDf(VSD)测试IDf(VSD)系指VGS0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

5、取一对ID与VSD的值。ID=28.0mA VSD=0.58Vb 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,读取另一对ID与VSD的值。ID=648mA VSD=0。72Vc 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,读取第三对ID与VSD的值。ID=674mA VSD=0.72V2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

6、”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= 112ns ,toff=520ns3. 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”与“11”、“12” 与“11”、“14”与“13”、”16”与“13”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tdelay。tdelay=272ns4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“

7、20”与“24”、“22”与“23”、“21”与“9”相连,然后将主回路的“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、存储时间ts、关断时间toff。ton= 1.28s ,toff=9.60s(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,测试方法及测试量同上。ton=840ns ,toff=7.60s5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MO

8、SFET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=27.2 s ,toff=940ns(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。ton=21.8s,toff=1.4s6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=200时的开关特性。ton=840ns ,toff=7.60s(2)栅极电阻采用R7=470时的开关特性。ton= 24s ,toff=2.16s(3)栅极电阻采用R8=1.2k时的开关特性。ton=29.6s,toff=4.8s7栅源极电容充放电电流测试电阻负载,栅极电阻采

9、用R6,用示波器观察R6两端波形并记录该波形的正负幅值。正幅值为 4.16V 负幅值为332mV8 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。六实验总结1.分析栅极电阻大小对开关过程影响的物理原因。开关速度由电容和电阻的时间常数决定,改变栅极电阻大小会改变时间常数,进而影响开关过程。2消除高频振荡的措施与效果。增加栅极电阻可以消除高频振荡。产生高频振荡的原因是在开关通断时,mosfet的结电容的充放电动作流过栅极回路,如果存在电感就会产生一个电压尖峰(U=L*di/dt)。增

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