北航电力电子实验报告.pdf
电力电子实验报告 12031006 王天然 实验一 功率场效应晶体管（MOSFET 特性 与驱动电路研究 实验目的：1.熟悉 MOSFE 主要参数的测量方法 2.掌握 MOSEE 对驱动电路的要求 3.掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法 二.实验设备和仪学号 姓名 器 1.NMCL-07 电力电子实验箱中的 MOSFE 与 PWM 波形发生器部 分 2.双踪示波器 3.安培表（实验箱自带）图2-2 MOSFE 实验电路 4.电压表（使用万用表的直流电压档）三.实验方法 1.MOSFE 主要参数测试（1）开启阀值电压 VGS（th）测试 开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流 lD=1mA 的最小栅源极电压。在主回路的“1”端与 MOS 管的“25”端之间串入毫安表（箱上 自带的数字安培表表头），测量漏极电流ID,将主回路的“3”与“4”端分别与 MOST 的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接 入电压表，测量 MOSf 的栅源电压 Vgs，并将主回路电位器 RP 左旋PWM波形发生 主电路 到底，使 Vgs=0。将电位器 RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极 电流 lD=1mA 寸的栅源电压值即为开启阀值电压 VS th)。读取 67 组ID、Vgs,其中 lD=1mA 必测，填入下表中 l D(mA 0.2 0.5 1 5 100 200 500 Vg(V)2.64 2.72 2.86 3.04 3.50 3.63 3.89 双极型晶体管(GTR 通常用 hFE(B)表示其增益，功率 MOSFET 器件以跨导 gFs表示其增益。跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之 比，即 gFs=I D/V GSo 注意典型的跨导额定值是在 1/2 额定漏极电流和“s=15V 下测得,受条件限制，实验中只能测到 1/5 额定漏极电流值，因此重点是掌握 跨导的测量及计算方法。根据上一步得到的测量数值，计算 gFS=0.0038 Q I D(mA 0.2 0.5 1 5 10 100 200 500 Vgs(V)2.64 2.72 2.86 3.04 3.13 3.5 3.63 3.89 gFs 0.0038().0036 0.()222 0.05 56 0.243 2 0.7692 1.1538 (3)导通电阻R)S测试 导通电阻定义为FDS=VDS/I D 将电压表接至 MOS 管的“25”与“23”两端，测量 UDs,其余接线 同上。改变 VGs从小到大读取 I D与对应的漏源电压VDS,测量 6 组数 值，填入下表中 I D(mA 0 0.5 1 10 50 100 200 500 VDS(V)14.78 14.77 14.75 14.46 13.64 12.48 10.36 3.74 600 a.在主回路的“3”端与 MOS 管的“23”端之间串入安培表，主回路的“4”端与 MOS 管的“25”端相连，在 MOS 管的“23”与“25”之间接入电压表，将 RP 右旋转到底，读取 对 I D与VsD的值。I D=28.0mA VSD=0.58V b.将主回路的“3”端与 MOS 管的“23”端断开，在主回路“1”端与 MOSI 的“23”端之间串入安培表，其余接线与 测试方法同上，读取另一对 I D与VSD的值。I D=648mA V SD=C。72V c.将“1”端与“23”端断开，在在主回路“2”端与“23”端 之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取第三对 I D与 VSD的值。I D=674mA VsD=0.72V 2.快速光耦 6N137 输入、输出延时时间的测试 将 MOSFE 单元的输入“1”与“4”分别与 PW 波形发生器的输出“1”与“2”相连，再将 MOSFE 单元的“2”与“3”、“9”与“4”相连，用双踪示波器观察输入波形（“1”与“4”）及输出波形（“5”与“9”之间），记录开门时间 ton、关门时间 toff。ton=112ns,toff=520ns 3.驱动电路的输入、输出延时时间测试 在上述接线基础上，再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”与“11”、“12”与“11”、“14”与“13”、”16”与“13”相 连，用示波器观察输入“1”与“4”及驱动电路输出“18”与“9”之间波形，记录延时时间 t delay。t delay=272nS 4.电阻负载时 MOSFE 开关特性测试(1)无并联缓冲时的开关特性测试 在上述接线基础上，将 MOSFE 单元的“9”与“4”连线断开，再 将“20”与“24”、“22”与“23”、“21”与“9”相连，然后将 主回路的“1”与“4”分别和 MOSFE 单元的“25”与“21”相连。用示波器观察“22”与“21”以及“24”与“21”之间波形(也可观 察“22”与“21”及“25”与“21”之间的波形)，记录开通时间 3、存储时间 t S、关断时间 t off。t o n=1.28 is,t off=9.60 ys(2)有并联缓冲时的开关特性测试 在上述接线基础上，再将“25”与“27”、“21”与“26”相连，测试方法及测试量同上。t on=840ns,t off=7.60 is 5.电阻、电感负载时的开关特性测试(1)有并联缓冲时的开关特性测试 将主回路“1”与 MOSFE 单元的“25”断开，将主回路的“2”与 MOSFE 单元的“25”相连，测试方法同上。ton=27.2 is,toff=940ns(2)无并联缓冲时的开关特性测试 将并联缓冲电路断开，测试方法同上。ton=21.8 is,t off=1.4 is 6.不同栅极电阻时的开关特性测试 电阻、电感负载，有并联缓冲电路(1)栅极电阻采用 R6=200Q 时的开关特性。t on=84Ons,t off=7.60 (2)栅极电阻采用 R7=470Q 时的开关特性。t on=24 is,t off=2.16 is(3)栅极电阻采用 R8=1.2k Q 时的开关特性。t on=29.6 Is,t off=4.8 is 7.栅源极电容充放电电流测试 电阻负载，栅极电阻采用 用示波器观察 F6两端波形并记录该 波形的正负幅值。正幅值为 4.16V 负幅值为 332mV 8.消除咼频振荡试验 当采用电阻、电感负载，无并联缓冲，栅极电阻为 民时，可能会 产生较严重的高频振荡，通常可用增大栅极电阻的方法消除，当出现 高频振荡时，可将栅极电阻用较大阻值的 F8。六.实验总结 1.分析栅极电阻大小对开关过程影响的物理原因。开关速度由电容和电阻的时间常数决定，改变栅极电阻大小会改 变时间常数，进而影响开关过程。2.消除高频振荡的措施与效果。增加栅极电阻可以消除高频振荡。产生高频振荡的原因是在开关 通断时，mosfet 的结电容的充放电动作流过栅极回路，如果存在电 感就会产生一个电压尖峰(U=L*di/dt)。增加栅极电阻，充放电电流 会减小，在结电容不变的情况下充电时间(dt)会变长，从而减小尖 峰的峰值，也就是消除了高频振荡。3实验的收获、体会 通过这个实验我熟悉了 MOSFE 主要参数的测量方法和 MOSFE开关特 性的测试方法，了解了数字示波器的使用，并联缓冲的作用，以及高 频振荡产生的原因等。如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！(4)I D=f(VSD)测试 I D=f(VSD)系指 VGS=0 时的 VD4 S特性，它是指通过额定电流时，并 联寄生二极管的正向压降。
