电力电子器件特性和驱动实验一

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1、实验三 常用电力电子器件的特性和驱动实验一、实验目的 (1) 掌握常用电力电子器件的工作特性。(2) 掌握常用器件对触发MOSFET、信号的要求。(3) 理解各种自关断器件对驱动电路的要求。 (4) 掌握各种自关断器件驱动电路的结构及特点。 (5) 掌握由自关断器件构成的PWM 直流斩波电路原理与方法。二、预习内容(1) 了解SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT的结构和工作原理。(2) 了解SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT有哪些主要参数。(3) 了解SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT的静态和动态特性。（4）阅读实验指导书关于GTO、GTR、MOSFET、IG

2、BT的驱动原理。三、实验所需设备及挂件 1）设备及列表 序号型号备注1DJK01 电源掌握屏主电源掌握屏（已介绍）2DJK06 给定及实验器件包含二极管、开关，正、负15伏直流给定等3DJK07 新器件特性试验含SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT五种器件4DJK09 单相调压与可调负载5DJK12功率器件驱动电路实验箱6万用表7双踪示波器 2) 挂件图片四、实验电路原理图 1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种特性实验原理电路如下图X-1所示： 图 X-1特性实验原理电路图 X-2虚框中五种器件的1、2、3标号连接示意图 2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT四

3、种驱动实验原理电路框图如下图X-3所示：图X-3 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验原理电路框图3、GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验的流程框图如图X-4图X-4 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验的流程框图五、实验内容 1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五种器件特性的测试 2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动电路的商量。六、注意事项 （1）注意示波器使用的共地问题。（2）每种器件的实验开头前，必须先加上器件的掌握电压，然后再加主回路的电源；实验结束时，必须先切断主回路电源，然后再切断掌握电源。（3）驱动实验中，连接驱

4、动电路时必须注意各器件不同的接地方式。（4）不同的器件驱动电路需接不同的掌握电压，接线时应注意正确选择。 七、实验方法与步骤1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五种器件特性的测试1）关闭总电源，按图X5的框图接主电路 图X5实验接线框图DJK09调压器输出，开始时旋在最小。DJK09整流输出Uo=40VDJK09电阻。将两个90电阻串连且旋在最大DJK01上直流电压表DJK01上直流电流表DJK06输出给定Ug，分别接器件的3端，2端（地） a) 部分实验图片如下：c）负载电阻R,用DJK09中的两个90串连。b）直流电压表V, 直流电流表A，用DJK01电源屏上的直流数字表。

5、123312231123321d)DJK07中各器件图片及接线标号图如下：2)调整直流整流电压输出Uo=40V.接线完毕，并检查无误后（注意调压器输出开头为最小），将DJKO1的电源钥匙拧向开，按启动按钮。将单相调压器输出由小到大逐步增加，使整流输出Uo=40V.3）各种器件的伏安特性测试a)将DJK06的给定电位器RP1逆时针旋转到底，S1拨向“正给定”，S2拨向“给定”，打开DJK06 上的电源开关，DJK06为器件供应触发电压信号。b)逐步右旋RP1，使给定电压从零开头调节，直至器件触发导通。记录Ug从小到大的变化过程中Id、Uv的值，从而可测得器件的V/A 特性。（实验最大可通过电流为

6、1.3A）。 c)将各种器件的Ug、Id、Uv的值填入下表中：SCRUgIdUvGTOUgIdUvMOSFETUgIdUvIGBTUgIdUvGTRUgIdUv2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动电路的商量。1）关闭DJK01总电源，按图X6的框图接线.（注意：实验接线一个个进行）图X6 GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动电路实验DJK01中的励磁电源DJK06中的灯泡负载a)直流励磁电源和灯泡负载图片b)直流电压和电流表同上。c)四种电力电子器件均在DJK07 挂箱上。 稳压电源部分，供各驱动电路用。注意：各直流电压要对应。GTO部分MOSFET部分PWM部分IGBT部分。

7、C端与器件IGBT的C连接本实验板电源开关GTR部分。C端与器件GTR的C连接GTR部分d)DJK12中图片标注如下：2) 观察PWM 波形输出变化规律正常否？ a)检查接线无误后，将DJK01的钥匙拧向开，不按启动按钮。打开DJK12的电源开关。W1调频率范围W2调PWM的占空比做GTR、GTO时，选低频1000Hz。做MOSFET、IGBT时选高频8KHz10KHz b)将示波器的探头接在驱动电路的输入端。选择好低频或高频后，分别旋转W1、W2看波形输出变化规律。W1调频率；W2调占空比。选择低频时，调W1,频率可在2001000Hz变化；选择高频时，调W1，频率可在2K10K变化.调W2

8、看占空比可调范围。3）当观察PWM波形及驱动电路正常输出且可调后，将占空比调在最小。按DJK01的启动按钮，加入励磁电源后，再逐步加大占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、负载上的波形。测定并记录不同占空比时负载的电压平均值Ua 于下表中。不同占空比时负载的电压平均值Ua表：GTOUaGTRUaMOSFETUaIGBTUa 八、实验报告 (1)依据得到的数据，绘出各器件的输出特性Uv=f(Id)。(2)整理并画出不同器件的基极（或掌握极）驱动电压、元件管压降的波形。 (3)画出Ua=f（）的曲线。 (4)商量并分析实验中消失的问题。附：GTO、IGBT、MOSFET、GTR 驱

9、动电路原理图。1、GTO驱动电路如图F-1 所示GTO 的驱动与保护电路如图F-1 所示：电路由5V 直流电源供电，输入端接PWM 发生器输出的PWM 信号，经过光耦隔离后送入驱动电路。当比较器LM311 输出低电平时，V2、V4 截止,V3 导通，+5V 的电源经R11、R12、R14 和C1 加速网络向GTO 供应开通电流，GTO 导通；当比较器输出高电平时，V2 导通、V3 截止、V4 导通，-5V 的电源经L1、R13、V4、R14 供应反向关断电流，关断GTO 后，再给门极供应反向偏置电压。 图F-1 GTO驱动与保护电路原理图 图F-2 IGBT管的驱动与保护电路4、IGBT 驱动

10、与保护电路IGBT 管的驱动与保护电路如图F-2 所示，该电路接受富士通公司开发的IGBT 专用集成触发芯片EXB841。它由信号隔离电路、驱动放大器、过流检测器、低速过流切断电路和栅极关断电源等部分组成。EXB841 的“6”脚接一高压快恢复二极管VD1 至IGBT 的集电极，以完成IGBT 的过流保护。正常工作时，RS 触发器输出高电平，输入的PWM 信号相与后送入EXB841 的输入端“15”脚。当过流时，驱动电路的保护线路通过VD1 检测到集射极电压上升，一方面在10us 内逐步降低栅极电压，使IGBT 进入软关断；另一方面通过“5”脚输出过流信号，使RS 触发器动作，从而封锁与门，使

11、输入封锁。5、MOSFET 驱动电路MOSFET 的驱动与保护电路如图1-15 所示，该电路由15V 电源供电，PWM 掌握信号经光耦隔离后送入驱动电路，当比较器LM311 的“2”脚为低电平时，其输出端为高电平，三极管V1 导通，使MOSFET 的栅极接+15V 电源，从而使MOSFET 管导通。当比较器LM311“2”脚为高电平时，其输出端为低电平-15V，三极管V1 截止，VD1 导通，使MOSFET 管栅极接-15V 电源，迫使MOSFET关断图1-15 MOSFET 管的驱动与保护电路6、GTR驱动与保护电路GTR 的驱动与保护电路原理框图如图1-16 所示：该电路的掌握信号经光耦隔

12、离后输入555，555 接成施密特触发器形式，其输出信号用于驱动对管V1 和V2，V1 和V2 分别由正、负电源供电，推挽输出供应GTR 基极开通与关断的电流。C5、C6 为加速电容，可向GTR 供应瞬时开关大电流以提高开关速度。VD1VD4 接成贝克钳位电路，使GTR 始终处于准饱和状态有利于提高器件的开关速度，其中VD1、VD2、VD3 为抗饱和二极管，VD4 为反向基极电流供应回路。比较器N2 通过监测GTR 的BE 结电压以推断是否过电流，并通过门电路掌握器在过电流时关断GTR。当检测到基极过电流时，通过采样电阻R11 得到的电压大于比较器N2 的基准电压，则通过与非门使74LS38 的6 脚输出为高电平，从而使V1 管截止，起到关断GTR 的作用。 图1-16 GTR的驱动与保护电路原理图 10 / 10