电力电子实验

实验一功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路一．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．毫安表4．电流表5．电压表三、实验线路图1—1四．实验内容1．MOSFET主要参数测试（1）开启阀值电压VGS(th)测试接线，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逐渐向右旋转读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表1—1。表1—1ID（mA）00.300.6512.503.505.00Vgs（V）2.743.193.283.323.433.473.523．驱动电路的输入、输出延时时间测试将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”、在上述接线基础上，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”答：延时时间为500ns.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”相连，主回路的“1”与MOSFET单元的“25”，主回路的“4”与MOSFET单元的“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答：ton=850nstoff=1100ns（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。答：ton=960nstoff=1100ns=6\*DBNUM3六．实验报告根据所测数据，列出MOSFET主要参数的表格与曲线。绘出电阻负载，有与没有并联缓冲时的开关波形，并在图上标出ton、toff。实验的收获、体会与改进意见。答：本实验初步了解MOSFET的工作原理和其参数的测量方法，并对其输入与延迟时间进行了测试，并在具体负载电路上进行实际开关特性的测量。七、思考题栅极电阻的大小对MOSFET的开、关特性有何影响？为什么？答：本实验没有具体进行栅极电阻对开关特性的实验，但从理论上来讲，改变栅极电阻可以改变开关速度，因为改变栅极电阻的大小会改变栅极回路的时间常数大小，进而影响开关速度。缓冲电路的作用是什么？加入缓冲电路对开关特性有何影响？答：缓冲电路的作用主要是抑制器件因为电压或者电流变化过大对器件产生的开关损耗，延长MOSFET的使用寿命；加入缓冲电路会使MOSFET得开关时间增加。从理论上说，MOSFET的开、关时间是很短的，一般为纳秒级，但实验中所测得的开、关时间却要大得多，你能否分析一下其中的原因吗？答：实验中加入了缓冲电路，对实验结果尤其ＭＯＳＦＥＴ的开关特性有着非常大的影响。

实验二．绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路一．实验目的1．熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法。2．掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。二．实验内容1．IGBT主要参数测试。2．EXB840性能测试。3．IGBT开关特性测试。4．过流保护性能测试。三．实验设备和仪器1．MCL-07电力电子实验箱中的IGBT与PWM波形发生器部分。2．双踪示波器。3．毫安表4．电压表5．电流表6．MCL系列教学实验台主控制屏=4\*DBNUM3四．实验线路=5\*DBNUM3五．实验方法1．IGBT主要参数测试（1）开启阀值电压VGS（th）测试在主回路的“1”端与IGBT的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“3”与“4”端分别与IGBT管的“14”与“17”端相连，再在“14”与“17”端间接入电压表，并将主回路电位器RP左旋到底。将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，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—1。表2—1ID（mA）0.400.610.8012.003.004.00Vgs（V）4.805.105.235.275.445.585.682．EXB840性能测试（1）输入输出延时时间测试IGBT部分的“1”与“13”分别与PWM波形发生部分的“1”与“2”相连，再将IGBT部分的“18”与“13”、与门输入“2”与“1”相连，且芯片6于18之间的开关拨到通，用示波器观察输入“1”与ton=710ns（3）过流慢速关断时间测试接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。答：toff=670us（4）关断时的负栅压测试断开“18”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。答：关断时负栅压值为1.96V。（5）过流阀值电压测试接线，RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与答：阈值电压为：7.73V3．开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试按照以下表格的说明连线。IGBT：1PWM：1IGBT：13PWM：2IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2IGBT：3IGBT：12IGBT：14IGBT：17IGBT：16IGBT：15主回路：4IGBT：18主回路：1用示波器分别观察“18”与“15”及“14”与“15”答：开通延迟时间为4.1us。4．并联缓冲电路作用测试（1）电阻负载，18与19相连，17于20相连，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。电阻负载时没有缓冲电路的波形电阻负载时有缓冲电路的波形=6\*DBNUM3六．实验报告根据所测数据，绘出IGBT的主要参数的表格与曲线。绘出输入、输出及慢速关断等波形，并标出延时与慢速关断时间。答：其输入、输出及慢速关断等波形在示波器中显示，并且延时时间Ton=710ns，慢速关断时间为945ns。绘出所测的负栅压值与过流阀值电压值。答：过流阀值电压值为7.73V。绘出电阻负载，电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形，并在图上标出tON与tOFF。绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明并联缓冲电路的作用。答：本实验仅涉及电阻负载有无并联缓冲电路的开关波形，见4表格。由此可以看出并联缓冲电路在于通过其限压、限流、抑制Di/Dt和Du/Dt变化上，把IGBT的开关损耗转移到缓冲电路中区，以减少器件损耗。实验的收获、体会与改进意见。答：由于大部分电力电子知识已经遗忘，所以在实验时很多原理不清楚，只是机械的连线记录数据，本实验主要对IGBT的参数和开关特性进行测量，通过电阻负载和有无缓冲电路来达到实验目的，同时也学会了对IGBT的驱动电路EXB840进行测试和调试，了解其工作原理，为今后更好的应用IGBT电力电子器件打下了基础，也激发了我对IGBT这个新元件学习的兴趣。=7\*DBNUM3七．思考题如何实现IGBT的过流，过压保护？答：由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。为此，必须但对IGBT进行相关保护。其中过压保护实现通过适当增大栅极电阻Rg；过流保护主要是在主电路中串联电阻，也可以采用二极管与电阻相结合的方法实现过流保护。2．通过MOSFET与IGBT器件的实验，请你对两者在驱动电路的要求，开关特性与开关频率，有、无反并联寄生二极管，电流、电压容量以及使用中的注意事项等方面作一分析比较。MOSFETIGBT驱动电路驱动功率小，且驱动电路简单驱动功率很小开关特性和开关频率开关速度快，工作频率高，不存在二次击穿问题开关速度高，但低于电力MOSFET，开关损耗小，关断时，存在电流拖尾现象有无反并联寄生二极管有无电流、电压容量电流容量小，耐压低电压、电流容量大使用注意事项主要是用在低压大电流上，开关速度快；主要是用在高压大电流上，开关速度相对较慢；用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热也加剧；栅极-发射极之间不能超出耐压值的电压等等。实验三直流斩波电路(设计性)的性能研究一．实验目的熟悉六种斩波电路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper)的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。二．实验内容1SG3525芯片的调试2斩波电路的连接三．实验设备及仪器1电力电子教学试验台主控制屏2MMCL-22组件3示波器4万用表四．实验方法按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可.1.SG3525性能测试先按下开关s1（1）锯齿波周期与幅值测量(分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况）。测量“1”端。记录不同频率时锯齿波的周期及幅值。答：闭合开关锯齿波幅值（mv）锯齿波周期（μS）S1234112S1、S2228348S1、S2、S3226584S1、S2、S3、S42222960（2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。答：最小占空比：2.61%最大占空比：99.72%2．buckchopper(2)观察负载电压波形。经检查电路无误后,按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节upw的电位器rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形答：调节电位器，占空比增大，负载输出电压占空比也增大，但负载输出电压幅值不变。(3)观察