电力电子器件特性和驱动实验一Word文件下载.docx

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（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、IGBT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

1

DJK01电源控制屏

主电源控制屏（已介绍）

2

DJK06给定及实验器件

包含二极管、开关，正、负15伏直流给定等

3

DJK07新器件特性试验

含SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT五种器件

4

DJK09单相调压与可调负载

5

DJK12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四种驱动实验原理电路框图如下图X-3所示：

图X-3GTO、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-4GTO、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驱动电路的研究。

六、注意事项

（1）注意示波器使用的共地问题。

（2）每种器件的实验开始前，必须先加上器件的控制电压，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，然后再切断控制电源。

（3）驱动实验中，连接驱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控制电压，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X－5的框图接主电路

图X－5实验接线框图

a）部分实验图片如下：

c）负载电阻R,用DJK09中的两个90Ω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。

d）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（注意调压器输出开始为最小），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为器件提供触发电压信号。

b）逐步右旋RP1，使给定电压从零开始调节，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）。

c）将各种器件的Ug、Id、Uv的值填入下表中：

SCR

Ug

Id

Uv

GTO

MOSFET

IGBT

GTR

2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动电路的研究。

1）关闭DJK01总电源，按图X－6的框图接线.（注意：

实验接线一个个进行）

图X－6GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动电路实验

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。

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。

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200～1000Hz变化；

选择高频时，调W1，频率可在2K～10K变化.调W2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α时负载的电压平均值Ua于下表中。

不同占空比α时负载的电压平均值Ua表：

α

Ua

八、实验报告

（1）根据得到的数据，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（或控制极）驱动电压、元件管压降的波形。

（3）画出Ua=f（α）的曲线。

（4）讨论并分析实验中出现的问题。

附：

GTO、IGBT、MOSFET、GTR驱动电路原理图。

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提供开通电流，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提供反向关断电流，关断GTO后，再给门极提供反向偏置电压。

图F-1GTO驱动与保护电路原理图

图F-2IGBT管的驱动与保护电路

4、IGBT驱动与保护电路

IGBT管的驱动与保护电路如图F-2所示，该电路采用富士通公司开发的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检测到集射极电压升高，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控制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1-15MOSFET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：

该电路的控制信号经光耦隔离后输入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，推挽输出提供GTR基极开通与关断的电流。

C5、C6为加速电容，可向GTR提供瞬时开关大电流以提高开关速度。

VD1～VD4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为反向基极电流提供回路。

比较器N2通过监测GTR的BE结电压以判断是否过电流，并通过门电路控制器在过电流时关断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1-16GTR的驱动与保护电路原理图