電力電子器件特性和驅(qū)動實(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) 掌握常用器件對觸發(fā)MOSFET、信號的要求。(3) 理解各種自關(guān)斷器件對驅(qū)動電路的要求。 (4) 掌握各種自關(guān)斷器件驅(qū)動電路的結(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)和動態(tài)特性。（4）閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書關(guān)于GTO、GTR、MOSFET、IG

2、BT的驅(qū)動原理。三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及掛件 1）設(shè)備及列表 序號型號備注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4DJK09 單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載5DJK12功率器件驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)箱6萬用表7雙蹤示波器 2) 掛件圖片四、實(shí)驗(yàn)電路原理圖 1、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)號連接示意圖 2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT四

3、種驅(qū)動實(shí)驗(yàn)原理電路框圖如下圖X-3所示：圖X-3 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四種驅(qū)動實(shí)驗(yàn)原理電路框圖3、GTO、MOSFET、GTR、IGBT四種驅(qū)動實(shí)驗(yàn)的流程框圖如圖X-4圖X-4 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四種驅(qū)動實(shí)驗(yàn)的流程框圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五種器件特性的測試 2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驅(qū)動電路的研究。六、注意事項(xiàng) （1）注意示波器使用的共地問題。（2）每種器件的實(shí)驗(yàn)開始前，必須先加上器件的控制電壓，然后再加主回路的電源；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，必須先切斷主回路電源，然后再切斷控制電源。（3）驅(qū)動實(shí)驗(yàn)中，連接驅(qū)

4、動電路時必須注意各器件不同的接地方式。（4）不同的器件驅(qū)動電路需接不同的控制電壓，接線時應(yīng)注意正確選擇。 七、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五種器件特性的測試1）關(guān)閉總電源，按圖X5的框圖接主電路 圖X5實(shí)驗(yàn)接線框圖DJK09調(diào)壓器輸出，開始時旋在最小。DJK09整流輸出Uo=40VDJK09電阻。將兩個90電阻串連且旋在最大DJK01上直流電壓表DJK01上直流電流表DJK06輸出給定Ug，分別接器件的3端，2端（地） a) 部分實(shí)驗(yàn)圖片如下：c）負(fù)載電阻R,用DJK09中的兩個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。

5、123312231123321d)DJK07中各器件圖片及接線標(biāo)號圖如下：2)調(diào)整直流整流電壓輸出Uo=40V.接線完畢，并檢查無誤后（注意調(diào)壓器輸出開始為最?。?，將DJKO1的電源鑰匙擰向開，按啟動按鈕。將單相調(diào)壓器輸出由小到大逐步增加，使整流輸出Uo=40V.3）各種器件的伏安特性測試a)將DJK06的給定電位器RP1逆時針旋轉(zhuǎn)到底，S1撥向“正給定”，S2撥向“給定”，打開DJK06 上的電源開關(guān)，DJK06為器件提供觸發(fā)電壓信號。b)逐步右旋RP1，使給定電壓從零開始調(diào)節(jié)，直至器件觸發(fā)導(dǎo)通。記錄Ug從小到大的變化過程中Id、Uv的值，從而可測得器件的V/A 特性。（實(shí)驗(yàn)最大可通過電流為

6、1.3A）。 c)將各種器件的Ug、Id、Uv的值填入下表中：SCRUgIdUvGTOUgIdUvMOSFETUgIdUvIGBTUgIdUvGTRUgIdUv2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驅(qū)動電路的研究。1）關(guān)閉DJK01總電源，按圖X6的框圖接線.（注意：實(shí)驗(yàn)接線一個個進(jìn)行）圖X6 GTO、MOSFET、GTR、IGBT驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)DJK01中的勵磁電源DJK06中的燈泡負(fù)載a)直流勵磁電源和燈泡負(fù)載圖片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。 穩(wěn)壓電源部分，供各驅(qū)動電路用。注意：各直流電壓要對應(yīng)。GTO部分MOSFET部分PWM部分IGBT部分。

7、C端與器件IGBT的C連接本實(shí)驗(yàn)板電源開關(guān)GTR部分。C端與器件GTR的C連接GTR部分d)DJK12中圖片標(biāo)注如下：2) 觀察PWM 波形輸出變化規(guī)律正常否？ a)檢查接線無誤后，將DJK01的鑰匙擰向開，不按啟動按鈕。打開DJK12的電源開關(guān)。W1調(diào)頻率范圍W2調(diào)PWM的占空比做GTR、GTO時，選低頻1000Hz。做MOSFET、IGBT時選高頻8KHz10KHz b)將示波器的探頭接在驅(qū)動電路的輸入端。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，調(diào)W1,頻率可在2001000Hz變化；選擇高頻時，調(diào)W1，頻率可在2K10K變化.調(diào)W2

8、看占空比可調(diào)范圍。3）當(dāng)觀察PWM波形及驅(qū)動電路正常輸出且可調(diào)后，將占空比調(diào)在最小。按DJK01的啟動按鈕，加入勵磁電源后，再逐步加大占空比，用示波器觀測、記錄不同占空比時基極的驅(qū)動電壓、負(fù)載上的波形。測定并記錄不同占空比時負(fù)載的電壓平均值Ua 于下表中。不同占空比時負(fù)載的電壓平均值Ua表：GTOUaGTRUaMOSFETUaIGBTUa 八、實(shí)驗(yàn)報告 (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)整理并畫出不同器件的基極（或控制極）驅(qū)動電壓、元件管壓降的波形。 (3)畫出Ua=f（）的曲線。 (4)討論并分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。附：GTO、IGBT、MOSFET、GTR 驅(qū)

9、動電路原理圖。1、GTO驅(qū)動電路如圖F-1 所示GTO 的驅(qū)動與保護(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，經(jīng)過光耦隔離后送入驅(qū)動電路。當(dāng)比較器LM311 輸出低電平時，V2、V4 截止,V3 導(dǎo)通，+5V 的電源經(jīng)R11、R12、R14 和C1 加速網(wǎng)絡(luò)向GTO 提供開通電流，GTO 導(dǎo)通；當(dāng)比較器輸出高電平時，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，再給門極提供反向偏置電壓。 圖F-1 GTO驅(qū)動與保護(hù)電路原理圖 圖F-2 IGBT管的驅(qū)動與保護(hù)電路4、I

10、GBT 驅(qū)動與保護(hù)電路IGBT 管的驅(qū)動與保護(hù)電路如圖F-2 所示，該電路采用富士通公司開發(fā)的IGBT 專用集成觸發(fā)芯片EXB841。它由信號隔離電路、驅(qū)動放大器、過流檢測器、低速過流切斷電路和柵極關(guān)斷電源等部分組成。EXB841 的“6”腳接一高壓快恢復(fù)二極管VD1 至IGBT 的集電極，以完成IGBT 的過流保護(hù)。正常工作時，RS 觸發(fā)器輸出高電平，輸入的PWM 信號相與后送入EXB841 的輸入端“15”腳。當(dāng)過流時，驅(qū)動電路的保護(hù)線路通過VD1 檢測到集射極電壓升高，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“5”腳輸出過流信號，使RS 觸發(fā)器動作，從而

11、封鎖與門，使輸入封鎖。5、MOSFET 驅(qū)動電路MOSFET 的驅(qū)動與保護(hù)電路如圖1-15 所示，該電路由±15V 電源供電，PWM 控制信號經(jīng)光耦隔離后送入驅(qū)動電路，當(dāng)比較器LM311 的“2”腳為低電平時，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，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)動與保護(hù)電路6、GTR驅(qū)動與保護(hù)電路GTR 的驅(qū)動與保護(hù)電路原理框圖如圖1-16 所示：該電路的控制信號經(jīng)光耦隔離后輸入555，555 接成施密特觸發(fā)器形式，其輸出信號用于驅(qū)動對管V1 和V2，V1 和V2 分別由正、負(fù)電源供電，推挽輸出提供GTR 基極開通與關(guān)斷的電流。C5、C6 為加速電容，可向GTR 提供瞬時開關(guān)大電流以提高開關(guān)速度。VD1VD4 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關(guān)速度，其中VD1、VD2、VD3 為抗飽和二極管，VD4 為反向基極電流提供回路。比較器N2 通過監(jiān)測GTR 的BE 結(jié)電壓