電力電子器件特性和驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)一

1、.實(shí)驗(yàn)三常用電力電子器件的特性和驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握常用電力電子器件的工作特性。(2) 掌握常用器件對(duì)觸發(fā) MOSFET、信號(hào)的要求 。(3) 理解各種自關(guān)斷器件對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求。(4) 掌握各種自關(guān)斷器件驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。(5) 掌握由自關(guān)斷器件構(gòu)成的 PWM 直流斬波電路原理與方法 。二、預(yù)習(xí)內(nèi)容(1) 了解 SCR、 GTO 、 GTR、MOSFET、 IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理 。(2) 了解 SCR、 GTO 、 GTR、MOSFET、 IGBT有哪些主要參數(shù) 。(3) 了解 SCR、 GTO 、 GTR、MOSFET、 IGBT的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 。（ 4）閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

2、書(shū)關(guān)于 GTO、 GTR、 MOSFET、 IGBT的驅(qū)動(dòng)原理 。三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及掛件1 ）設(shè)備及列表序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏主電源控制屏 （已介紹 ）2DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管 、開(kāi)關(guān) ，正、負(fù) 15 伏直流給定等3DJK07 新器件特性試驗(yàn)含 SCR、 GTO、 GTR、 MOSFET、IGBT五種器件4 DJK09 單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載5 DJK12功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱6 萬(wàn)用表7 雙蹤示波器2) 掛件圖片.下載可編輯 .下載可編輯 .四、實(shí)驗(yàn)電路原理圖三變壓器 TR調(diào)壓器直流整流相 UA+AId電BA+15VVCU i網(wǎng)W-五電NB給定壓種V UvUg 電壓器件1

3、、 SCR、 GTO、 MOSFET、 GTR、 IGBT五種特性實(shí)驗(yàn)原理電路如下圖X-1 所示 ：圖 X-1 特性實(shí)驗(yàn)原理電路圖X-2 虛框中五種器件的1、 2、 3標(biāo)號(hào)連接示意圖2、 GTO、 MOSFET、GTR、 IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理電路框圖如下圖X-3 所示：PWM 輸出PWM發(fā)生電路RGTO 輸入V UaGTO各驅(qū) +5v輸出+驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)器-5vGTR 輸入勵(lì)的直 GNDGTR磁流工 +15v驅(qū)動(dòng)電路輸出1作電 -15v電MOSFET 輸入四源源+20vMOSFET種輸出3驅(qū)動(dòng)電路器1111 IGBT 輸入1件-SCRGTRMOSFETIGBTGTO33IGBT 333驅(qū)動(dòng)電路

4、輸出222222A圖 X-3 GTO 、MOSFET、 GTR、 IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理電路框圖3、GTO 、 MOSFET、 GTR、 IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的流程框圖如圖X-4有 SG3525 形成的功率器件負(fù)載功率器件驅(qū)動(dòng)電路PWM 發(fā)生電路圖X-4GTO、 MOSFET、 GTR、 IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的流程框圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 、 SCR、 GTO 、MOSFET、 GTR、IGBT 五種器件特性的測(cè)試.下載可編輯 .2 、 GTO 、MOSFET、 GTR、 IGBT驅(qū)動(dòng)電路的研究。六、注意事項(xiàng)（ 1）注意示波器使用的共地問(wèn)題 。（ 2 ）每種器件的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前 ，必須先加上器件的控制

5、電壓 ，然后再加主回路的電源 ；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí) ，必須先切斷主回路電源 ，然后再切斷控制電源 。（ 3）驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中 ，連接驅(qū)動(dòng)電路時(shí)必須注意各器件不同的接地方式。（ 4）不同的器件驅(qū)動(dòng)電路需接 不同的控制電壓 ，接線時(shí)應(yīng)注意正確選擇 。七、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、 SCR、 GTO 、MOSFET 、GTR、 IGBT 五種器件特性的測(cè)試DJK01AAaDJK09BDJK09自掛件電整流與C耦調(diào)壓器源b濾波NBRA Id+1Uo五3_種DJK06V Uv器Ug的給定件輸出21）關(guān)閉總電源 ，按圖 X 5的框圖接主電路圖 X 5實(shí)驗(yàn)接線框圖.下載可編輯 .DJK09 電阻。將兩個(gè) 90電阻 串連且旋在最大

6、DJK09 整流 輸 出Uo=40VDJK09 調(diào)壓 器輸出，開(kāi)始時(shí)旋在最小。a) 部分實(shí)驗(yàn)圖片如下 ：c）負(fù)載電阻 R,用 DJK09 中的兩個(gè) 90 串連 。b）直流電壓表 V, 直流電流表 A，用 DJK01 電源屏上的直流數(shù)字表。DJK06 輸出給定Ug ，分別接器件的3端，2端（地）DJK01 上直流電流表DJK01 上直流電壓表.下載可編輯 .111222333112233d)DJK07 中各器件圖片及接線標(biāo)號(hào)圖如下：2) 調(diào)整直流整流電壓輸出 Uo=40V .接線完畢 ， 并檢查無(wú)誤后 （注意調(diào)壓器輸出開(kāi)始為最?。?，將 DJKO1的電源鑰匙擰向開(kāi)，按啟動(dòng)按鈕 。 將單相調(diào)壓器輸出

7、由小到大逐步增加，使整流輸出 Uo=40V .3 ）各種器件的伏安特性測(cè)試a)將DJK06 的給定電位器 RP1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底， S1撥向 “正給定 ”，S2 撥向 “給定 ”，打開(kāi)DJK06 上的電源開(kāi)關(guān)，DJK06 為器件提供觸發(fā)電壓信號(hào)。b) 逐步右旋 RP1，使給定電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié) ，直至器件觸發(fā)導(dǎo)通 。 記錄 Ug 從小到大的變化過(guò)程中 Id 、 Uv 的值，從而可測(cè)得器件的 V/A 特性 。（ 實(shí)驗(yàn)最大可通過(guò)電流為 1.3A ）。c) 將各種器件的 Ug 、 Id、 Uv 的值填入下表中 ：UgIdSCRUvUgIdGTOUvUgIdMOSFETUvUgIdIGBTUvUg.下載可

8、編輯 .IdGTRUv2 、GTO 、 MOSFET 、 GTR、 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的研究。1）關(guān)閉 DJK01 總電源 ，按圖 X 6 的框圖接線 .（注意：實(shí)驗(yàn)接線一個(gè)個(gè)進(jìn)行 ）DJK12上端的各種電源接各自Ua驅(qū)動(dòng)電路的的驅(qū)各動(dòng)自電工路作電電源源RV+DJK12掛件DJK12中勵(lì)輸出輸入1四磁的PWM 輸?shù)乃姆N驅(qū)輸出電出動(dòng)電路種3源器件-2I 1A圖 X6 GTO、 MOSFET、GTR、 IGBT驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)a)直流勵(lì)磁電源和燈泡負(fù)載圖片DJK01中的DJK06 中的燈泡勵(lì)磁電源負(fù)載b) 直流電壓和電流表同上 。c) 四種電力電子器件均在 DJK07 掛箱上 。.下載可編輯 .PWM

9、 部分IGBT 部分。C 端與器件IGBT的 C連接GTR 部分GTR 部分。C端與器件GTR 的 C連接d)DJK12 中圖片標(biāo)注如下：穩(wěn)壓電源部分，供各驅(qū)動(dòng)電路用。 注意：各直流電壓要對(duì)應(yīng)。GTO 部分MOSFET 部分本實(shí)驗(yàn)板電源開(kāi)關(guān)2) 觀察 PWM波形輸出變化規(guī)律正常否？a)檢查接線無(wú)誤后 ，將DJK01 的鑰匙擰向開(kāi) ，不按啟動(dòng)按鈕 。 打開(kāi) DJK12 的電源開(kāi)關(guān)。b) 將示波器的探頭接在驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。選擇好低頻或高頻后，分別旋轉(zhuǎn) W1 、 W2看波形輸出變化規(guī)律。 W1 調(diào)頻率 ；W2 調(diào)占空比 。 選擇低頻時(shí) ，調(diào)W1 ,頻率可在 200 做 GTR 、GTO 時(shí)，W1

10、調(diào)頻率選低頻 1000 Hz。范圍做 MOSFET 、W2 調(diào) PWMIGBT 時(shí)選高頻的占空比8KHz10KHz.下載可編輯 .1000Hz 變化 ；選擇高頻時(shí) ，調(diào) W1 ，頻率可在 2K 10K 變化 .調(diào) W2 看占空比可調(diào)范圍。3 ）當(dāng)觀察 PWM 波形及驅(qū)動(dòng)電路正常輸出且可調(diào)后 ，將占空比調(diào)在 最小 。 按 DJK01 的啟動(dòng)按鈕 ，加入勵(lì)磁電源后 ，再逐步加大占空比 ，用示波器觀測(cè) 、記錄不同占空比時(shí)基極的驅(qū)動(dòng)電壓 、負(fù)載上的波形 。 測(cè)定并記錄不同占空比時(shí)負(fù)載的電壓平均值Ua 于下表中 。不同占空比 時(shí)負(fù)載的電壓平均值Ua表：GTOUaGTRUaMOSFETUaIGBTUa八、

11、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，繪出各器件的輸出特性Uv=f(Id) 。(2)整理并畫(huà)出不同器件的基極（或控制極 ）驅(qū)動(dòng)電壓 、元件管壓降的波形。(3)畫(huà)出 Ua=f （）的曲線 。(4)討論并分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。附： GTO 、 IGBT 、 MOSFET 、 GTR 驅(qū)動(dòng)電路原理圖。1、 GTO驅(qū)動(dòng)電路如圖 F-1所示GTO 的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖F-1 所示 ：電路由 ±5V 直流電源供電，輸入端接 PWM發(fā)生器輸出的 PWM信號(hào) ，經(jīng)過(guò)光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)比較器 LM311輸出低電平時(shí)，V2 、 V4截止 ,V3 導(dǎo)通 ，+5V的電源經(jīng) R11、 R12、R14 和 C1

12、 加速網(wǎng)絡(luò)向 GTO 提供開(kāi)通電流，GTO.下載可編輯 .導(dǎo)通 ；當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，V2 導(dǎo)通 、 V3 截止、 V4 導(dǎo)通 ， -5V的電源經(jīng) L1、 R13、V4 、R14 提供反向關(guān)斷電流，關(guān)斷 GTO 后，再給門(mén)極提供反向偏置電壓。圖 F-1 GTO 驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理圖圖F-2 IGBT 管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路4、 IGBT 驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路IGBT 管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖 F-2 所示 ，該電路采用富士通公司開(kāi)發(fā)的 IGBT 專用集成觸發(fā)芯片 EXB841 。它由信號(hào)隔離電路 、驅(qū)動(dòng)放大器 、過(guò)流檢測(cè)器 、低速過(guò)流切斷電路和柵極關(guān)斷電源等部分組成。EXB841 的 “6”腳接一高壓快

13、恢復(fù)二極管VD1 至 IGBT 的集電極 ，以完成 IGBT 的過(guò)流保.下載可編輯 .護(hù)。正常工作時(shí) ， RS 觸發(fā)器輸出高電平，輸入的 PWM信號(hào)相與后送入EXB841 的輸入端“15 ”腳。當(dāng)過(guò)流時(shí) ，驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)線路通過(guò) VD1 檢測(cè)到集射極電壓升高 ，一方面在 10us 內(nèi)逐步降低柵極電壓 ，使 IGBT 進(jìn)入軟關(guān)斷 ；另一方面通過(guò) “5”腳輸出過(guò)流信號(hào) ，使 RS 觸發(fā)器動(dòng)作，從而封鎖與門(mén) ，使輸入封鎖 。5、 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路MOSFET 的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖 1-15 所示 ，該電路由 ±15V 電源供電 ， PWM 控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路 ，當(dāng)比較器

14、 LM311 的 “2”腳為低電平時(shí) ，其輸出端為高電平 ，三極管V1 導(dǎo)通 ，使 MOSFET 的柵極接 +15V 電源，從而使 MOSFET 管導(dǎo)通 。 當(dāng)比較器 LM311 “2” 腳為高電平時(shí) ，其輸出端為低電平 -15V ，三極管 V1 截止 ， VD1 導(dǎo)通，使 MOSFET 管柵極接-15V電源 ，迫使 MOSFET關(guān)斷圖 1-15 MOSFET 管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路6、 GTR驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTR 的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理框圖如圖1-16所示 ：該電路的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后輸入555 ， 555 接成施密特觸發(fā)器形式 ，其輸出信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)對(duì)管 V1 和 V2 ， V1 和 V2 分別由正 、負(fù)電源供電 ，推挽輸出提供 GTR 基極開(kāi)通與關(guān)斷的電流 。 C5 、C6 為加速電容 ，可向 GTR 提供瞬時(shí)開(kāi)關(guān)大電流以提高開(kāi)關(guān)速度 。VD1 VD4接成貝克鉗位電路，使 GTR 始終處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)有利于提高器件的開(kāi)關(guān)