实验三常用电力电子器件的特性和驱动实验、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。
、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、IGBT的驱动原理。
三、实验所需设备及挂件序号型号备注1DJK01电源控制屏主电源控制屏(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1 )设备及列表7件2)挂图片*牢辛牛甲耳电用宜盟陌X-2虚框中五种器件的1、2、3标号连接示意图3、GTO 、MOSFET 、GTR 、图X-4 GTO 、MOSFET 、GTR 、IGBT 四种驱动实验的流程框图五、实验内容四、实验电路原理图 图X-1特性实验原理电路图1、SCR 、 GTO 、MOSFET 、 GTR 、IGBT 五种器件特性的测试MOSFET 、GTR 、IGBT 四种驱动实验原理电路框图 图 X-3 GTO 、2、GTO 、MOSFET 、GTR 、IGBT 四种驱动实验原理电路框图如下图X-3所示:IGBT 四种驱动实验的流程框图如图X-42、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图X—5实验接线框图c ）负载电阻R,用DJK09中的两个90 Q 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。
DJK09 电 阻。
将两 个90 Q 电阻串连 且旋在最 大DJK09 整 流输出 Uo=40VDJK09 调 压器输 出，开始 时旋在最 小。
2端 Ja ）部分实验图片如下:J6^ 出给定 Ug ,分别 接器件的3端, （地）DJK01上直 流电压表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1.3A）。
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 — 6 GTO、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。
12）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、W2W1调频率；W2调占空比。
选择低频时，调W1，频率可在200看波形输出变化规律。
FWM T * £GTO 部分TlMl■: iLk%GTR 部分I. _ Ilftk *l本实验板电 源开关PWM 部分MOSFET 部分GTR 里幌严电賠車參件事动电齢实雅箱稳压电源部 分，供各驱动 电路用。
注意： 各直流电压要 对应。
IGBT 部分。
C 端与器件IGBT 的 C连接M0SFET4<£j Fii 両幷GTR 部分。
C 端与器件 GTR 的C 连 接d ）DJK12中图片标注如下:15+ 5 IV出D2T做GTR 、GTO 时, 选低频1000 Hz 。
做 MOSFET 、 IGBT 时选高频8KHz~10KHzPWM 发生器W1调频率 范围W2 调 PWM 的占空比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a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: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(ld)。
(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 (a)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：电路由土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。
+5vRl 1图F-2 IGBT 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R1R5IAI3 1 11R7R6 “o co\<2CHZZZV4KE 立 + 20VTP2RIOR8 NI J 1R 1图F-1 GTO 驱动与保护电路原理图1.1V6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，该电路由土 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+ J5V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。
R6SZV3oIR 1040 00oh LM31 I ZSv DlVIR71 R10TR2+R ： 3 > 0OKlb-3 V O —TP7TP6Y &—I --- .74LS3&图1-16 GTR 的驱动与保护电路原理图555P3TP5mRM R153 LUjIt^(■Q B00 <VD ：曲VD1«VD2 VD31(18。