1、电力电子技术实验报告专业班级 电气自动化 2011 级 02 班 学 号 2011700023 学生姓名 指导教师 胡 卫 兵 学院名称 电气信息学院 完成日期： 2013 年 1 月 2 日实验一 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2PWM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1MCL-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
2、有开关是否均置于断开位置2PWM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
3、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。bGTR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
4、。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55。4驱动电路输入，输出延时时间测试GTR单
5、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”，
6、“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
7、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。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1MOSFET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
8、时的开关过程比较5栅-源漏电流测试三实验设备和仪器1MCL-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
9、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，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（）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 56 的测量数值，计算 gFS。（3）转移特性 IDf（VGS）栅源电
10、压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。根据表46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)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，
11、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
12、“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
13、”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
14、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=200时的开关特性。（2）栅极电阻采用R7=470时的开关特性。（3）栅极电阻采用R8=1.2k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
15、频振荡时，可将栅极电阻用较大阻值的 R8。实验三 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一 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1IGBT主要参数测试。2EXB840性能测试。3IGBT开关特性测试。4过流保护性能测试。三实验设备和仪器1MCL-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6MCL系列教学实验台主控制屏四、实验报告1IGBT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
16、”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67组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表58。ID（MA）0.08 0.23 0.52 1 1.52 2 2.98VGS（V）5.8 5.96 6.08 6.17 6.24 6.29 6.35（2）跨导gFS测试在主回路的“2”端与IGBT的“18”端串入安培表，将RP左旋到底，其余接线同上。将RP逐渐向右旋转，读取ID与对应的VGS值，测量5-6
17、组数据，填入表ID（MA）0.23 0，42 0.71 1 1.37 1.83 2VGS（V）15.00 14.99 14.98 14.97 14.96 14.93 14.92（3）导通电阻RDS测试将电压表接入“18”与“17”两端，其余同上，从小到大改变VGS，读取ID与对应的漏源电压VDS，测量5-6组数据，填入表ID（MA）0.08 0.23 0.52 1 1.52 2 2.98VGS（V）5.8 5.96 6.08 6.19 6.25 6.30 6.352EXB840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IG
18、BT部分的“10”与“13”、与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。ton= 1US ，toff=17US五、思考题1试对由EXB840构成的驱动电路的优缺点作出评价。2在选用二极管V1时，对其参数有何要求？其正向压降大小对IGBT的过流保护功能有何影响？3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。答：1、EXB40 具有过流检测及切断电路的功能， 并且对 10S 以下的过流
19、信号不予响应一旦确认出现过流，它就低速切断电路而慢速关断 IGBT。2、3、MOSFET 是栅极电压来控制栅极电流的，驱动电路简单，需要驱动功率小，IGBT 的驱动电路与 MOSFET 相似但是需要注意对过电流和过电压的保护。MOSFET 的开关容量比 IGBT 的开关容量小，但开关频率高，且无反并联寄生二极管。MOSFET 的电流，电压容量小。实验五 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一实验目的1熟悉MCL-18, MCL-33组件。2熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。3了解集成触发器的调整方法及各点波形。二实验内容1三相桥式全控整流电路2三相桥式有源逆变电路3观察整流或逆
20、变状态下，模拟电路故障现象时的波形。三实验线路及原理实验线路如图 4-12 所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。四实验设备及仪器1MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL18组件（适合MCL)或MCL31组件（适合MCL）。3MCL33（A）组件或MCL53组件（适合MCL、）4MEL-03可调电阻器（或滑线变阻器1.8K, 0.65A）5MEL-02芯式变压器6二踪示波器7万用表五实验方法1按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否
21、正常。（1）打开MCL-18电源开关，给定电压有电压显示。（2）用示波器观察MCL-33（或MCL-53，以下同）的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。（5）将给定器输出 Ug 接至 MCL-33 面板的 Uct 端，调节偏移电压 Ub，在 Uct=0时
22、，使=150o 。2三相桥式全控整流电路按图接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大(450) 。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V。注：如您选购的产品为MCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同调节Uct，使 在30o90o范围内，用示波器观察记录=30O 、60O、90O时，整流电压 ud=f（ t），晶闸管两端电压 uVT=f（ t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。3三相桥式有源逆变电路断开电源开关后，将S拨向右边的不控整流桥，调节Uct，使 仍为150O左右。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主
23、控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V合上电源开关。调节Uct，观察=90O 、120O、150O时, 电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。4电路模拟故障现象观察。在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。说明：如果采用的组件为 MCL53 或 MCL33（A），则触发电路是 KJ004 集成电路，具体应用可参考相关教材。实验处理：U 与 V 线电压的波形： U 与 W 线电压的波形：U 与 W 线电压的波形：U 与 V 线电压波形（0 度）：U 与 V 线电压波形（60 度）：U 与 V 线电压波形（120 度）：U 与 V 线电压波形（180 度）：U 与 V 线电压波形（240 度）：U 与 V 线电压波形（300 度）：Ud=109.12V 的输出波形：有源逆变的输出波形：输入为 15V 直流时的逆变的输出波形：无源逆变的输出波形：
