電力電子實驗

實驗一功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動電路一．實驗?zāi)康模?．熟悉MOSFET主要參數(shù)的測量方法2．掌握MOSEET對驅(qū)動電路的要求3．掌握一個實用驅(qū)動電路的工作原理與調(diào)試方法二．實驗設(shè)備和儀器1．NMCL-07電力電子實驗箱中的MOSFET與PWM波形發(fā)生器部分2．雙蹤示波器3．毫安表4．電流表5．電壓表三、實驗線路圖1—1四．實驗內(nèi)容1．MOSFET主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓VGS(th)測試接線，測量MOS管的柵源電壓Vgs，并將主回路電位器RP左旋到底，使Vgs=0。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)讀取6—7組ID、Vgs，其中ID=1mA必測，填入表1—1。表1—1ID（mA）00.300.6512.503.505.00Vgs（V）2.743.193.283.323.433.473.523．驅(qū)動電路的輸入、輸出延時時間測試將MOSFET單元的輸入“1”與“4”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再將MOSFET單元的“2”與“3”、在上述接線基礎(chǔ)上，再將“5”與“8”、“6”與“7”、“10”、“11”與“12”相連，“13”、“14”與“16”相連，用示波器觀察輸入“1”答：延時時間為500ns.4．電阻負(fù)載時MOSFET開關(guān)特性測試（1）無并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，將MOSFET單元的“9”與“4”連線斷開，再將“20”與“24”、“22”與“23”、“21”與“9”相連，主回路的“1”與MOSFET單元的“25”，主回路的“4”與MOSFET單元的“21”相連。用示波器觀察“22”與“21”以及“24”與“21”之間波形（也可觀察“22答：ton=850nstoff=1100ns（2）有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“25”與“27”、“21”與“26”相連，測試方法同上。答：ton=960nstoff=1100ns=6\*DBNUM3六．實驗報告根據(jù)所測數(shù)據(jù)，列出MOSFET主要參數(shù)的表格與曲線。繪出電阻負(fù)載，有與沒有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出ton、toff。實驗的收獲、體會與改進(jìn)意見。答：本實驗初步了解MOSFET的工作原理和其參數(shù)的測量方法，并對其輸入與延遲時間進(jìn)行了測試，并在具體負(fù)載電路上進(jìn)行實際開關(guān)特性的測量。七、思考題柵極電阻的大小對MOSFET的開、關(guān)特性有何影響？為什么？答：本實驗沒有具體進(jìn)行柵極電阻對開關(guān)特性的實驗，但從理論上來講，改變柵極電阻可以改變開關(guān)速度，因為改變柵極電阻的大小會改變柵極回路的時間常數(shù)大小，進(jìn)而影響開關(guān)速度。緩沖電路的作用是什么？加入緩沖電路對開關(guān)特性有何影響？答：緩沖電路的作用主要是抑制器件因為電壓或者電流變化過大對器件產(chǎn)生的開關(guān)損耗，延長MOSFET的使用壽命；加入緩沖電路會使MOSFET得開關(guān)時間增加。從理論上說，MOSFET的開、關(guān)時間是很短的，一般為納秒級，但實驗中所測得的開、關(guān)時間卻要大得多，你能否分析一下其中的原因嗎？答：實驗中加入了緩沖電路，對實驗結(jié)果尤其ＭＯＳＦＥＴ的開關(guān)特性有著非常大的影響。

實驗二．絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅(qū)動電路一．實驗?zāi)康?．熟悉IGBT主要參數(shù)與開關(guān)特性的測試方法。2．掌握混合集成驅(qū)動電路EXB840的工作原理與調(diào)試方法。二．實驗內(nèi)容1．IGBT主要參數(shù)測試。2．EXB840性能測試。3．IGBT開關(guān)特性測試。4．過流保護(hù)性能測試。三．實驗設(shè)備和儀器1．MCL-07電力電子實驗箱中的IGBT與PWM波形發(fā)生器部分。2．雙蹤示波器。3．毫安表4．電壓表5．電流表6．MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏=4\*DBNUM3四．實驗線路=5\*DBNUM3五．實驗方法1．IGBT主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓VGS（th）測試在主回路的“1”端與IGBT的“18”端之間串入毫安表，將主回路的“3”與“4”端分別與IGBT管的“14”與“17”端相連，再在“14”與“17”端間接入電壓表，并將主回路電位器RP左旋到底。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表，當(dāng)漏極電流ID=1mA時的柵源電壓值即為開啟閥值電壓VGS（th）。讀取6—7組ID、Vgs，其中ID=1mA必測，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性能測試（1）輸入輸出延時時間測試IGBT部分的“1”與“13”分別與PWM波形發(fā)生部分的“1”與“2”相連，再將IGBT部分的“18”與“13”、與門輸入“2”與“1”相連，且芯片6于18之間的開關(guān)撥到通，用示波器觀察輸入“1”與ton=710ns（3）過流慢速關(guān)斷時間測試接線同上，用示波器觀察“1”與“13”及“12”與“13”之間波形，記錄慢速關(guān)斷時間。答：toff=670us（4）關(guān)斷時的負(fù)柵壓測試斷開“18”與“13”的相連，其余接線同上，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，記錄關(guān)斷時的負(fù)柵壓值。答：關(guān)斷時負(fù)柵壓值為1.96V。（5）過流閥值電壓測試接線，RP左旋到底，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，將RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視波形，一旦該波形消失時即停止旋轉(zhuǎn)，測出主回路“3”與答：閾值電壓為：7.73V3．開關(guān)特性測試（1）電阻負(fù)載時開關(guān)特性測試按照以下表格的說明連線。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用示波器分別觀察“18”與“15”及“14”與“15”答：開通延遲時間為4.1us。4．并聯(lián)緩沖電路作用測試（1）電阻負(fù)載，18與19相連，17于20相連，有與沒有緩沖電路時觀察“14”與“17”及“18”與“17”之間波形。電阻負(fù)載時沒有緩沖電路的波形電阻負(fù)載時有緩沖電路的波形=6\*DBNUM3六．實驗報告根據(jù)所測數(shù)據(jù)，繪出IGBT的主要參數(shù)的表格與曲線。繪出輸入、輸出及慢速關(guān)斷等波形，并標(biāo)出延時與慢速關(guān)斷時間。答：其輸入、輸出及慢速關(guān)斷等波形在示波器中顯示，并且延時時間Ton=710ns，慢速關(guān)斷時間為945ns。繪出所測的負(fù)柵壓值與過流閥值電壓值。答：過流閥值電壓值為7.73V。繪出電阻負(fù)載，電阻電感負(fù)載以及不同柵極電阻時的開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出tON與tOFF。繪出電阻負(fù)載與電阻、電感負(fù)載有與沒有并聯(lián)緩沖電路時的開關(guān)波形，并說明并聯(lián)緩沖電路的作用。答：本實驗僅涉及電阻負(fù)載有無并聯(lián)緩沖電路的開關(guān)波形，見4表格。由此可以看出并聯(lián)緩沖電路在于通過其限壓、限流、抑制Di/Dt和Du/Dt變化上，把IGBT的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路中區(qū)，以減少器件損耗。實驗的收獲、體會與改進(jìn)意見。答：由于大部分電力電子知識已經(jīng)遺忘，所以在實驗時很多原理不清楚，只是機械的連線記錄數(shù)據(jù)，本實驗主要對IGBT的參數(shù)和開關(guān)特性進(jìn)行測量，通過電阻負(fù)載和有無緩沖電路來達(dá)到實驗?zāi)康?，同時也學(xué)會了對IGBT的驅(qū)動電路EXB840進(jìn)行測試和調(diào)試，了解其工作原理，為今后更好的應(yīng)用IGBT電力電子器件打下了基礎(chǔ)，也激發(fā)了我對IGBT這個新元件學(xué)習(xí)的興趣。=7\*DBNUM3七．思考題如何實現(xiàn)IGBT的過流，過壓保護(hù)？答：由于IGBT的耐過流能力與耐過壓能力較差，一旦出現(xiàn)意外就會使它損壞。為此，必須但對IGBT進(jìn)行相關(guān)保護(hù)。其中過壓保護(hù)實現(xiàn)通過適當(dāng)增大柵極電阻Rg；過流保護(hù)主要是在主電路中串聯(lián)電阻，也可以采用二極管與電阻相結(jié)合的方法實現(xiàn)過流保護(hù)。2．通過MOSFET與IGBT器件的實驗，請你對兩者在驅(qū)動電路的要求，開關(guān)特性與開關(guān)頻率，有、無反并聯(lián)寄生二極管，電流、電壓容量以及使用中的注意事項等方面作一分析比較。MOSFETIGBT驅(qū)動電路驅(qū)動功率小，且驅(qū)動電路簡單驅(qū)動功率很小開關(guān)特性和開關(guān)頻率開關(guān)速度快，工作頻率高，不存在二次擊穿問題開關(guān)速度高，但低于電力MOSFET，開關(guān)損耗小，關(guān)斷時，存在電流拖尾現(xiàn)象有無反并聯(lián)寄生二極管有無電流、電壓容量電流容量小，耐壓低電壓、電流容量大使用注意事項主要是用在低壓大電流上，開關(guān)速度快；主要是用在高壓大電流上，開關(guān)速度相對較慢；用作高頻開關(guān)時，由于開關(guān)損耗增大，發(fā)熱也加??；柵極-發(fā)射極之間不能超出耐壓值的電壓等等。實驗三直流斬波電路(設(shè)計性)的性能研究一．實驗?zāi)康氖煜ちN斬波電路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper)的工作原理，掌握這六種斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二．實驗內(nèi)容1SG3525芯片的調(diào)試2斬波電路的連接三．實驗設(shè)備及儀器1電力電子教學(xué)試驗臺主控制屏2MMCL-22組件3示波器4萬用表四．實驗方法按照面板上各種斬波器的電路圖，取用相應(yīng)的元件，搭成相應(yīng)的斬波電路即可.1.SG3525性能測試先按下開關(guān)s1（1）鋸齒波周期與幅值測量(分開關(guān)s2、s3、s4合上與斷開多種情況）。測量“1”端。記錄不同頻率時鋸齒波的周期及幅值。答：閉合開關(guān)鋸齒波幅值（mv）鋸齒波周期（μS）S1234112S1、S2228348S1、S2、S3226584S1、S2、S3、S42222960（2）輸出最大與最小占空比測量。測量“2”端。答：最小占空比：2.61%最大占空比：99.72%2．buckchopper(2)觀察負(fù)載電壓波形。經(jīng)檢查電路無誤后,按下開關(guān)s1、s8，用示波器觀察VD1兩端12、13孔之間電壓，調(diào)節(jié)upw的電位器rp，即改變觸發(fā)脈沖的占空比，觀察負(fù)載電壓的變化，并記錄電壓波形答：調(diào)節(jié)電位器，占空比增大，負(fù)載輸出電壓占空比也增大，但負(fù)載輸出電壓幅值不變。(3)觀察