2023年12月19日发(作者：科尼赛克价格)

、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。

⑶ 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

GTOGTRMOSFETIGBT的结构和工作原理。

(1) 了解

、 、

、

SCR、

GTOGTRMOSFETIGBT有哪些主要参数。

、 、

实验三 常用电力电子器件的特性和驱动实验

、

(2) 了解

GTOGTRMOSFETIGBT的静态和动态特

SCR、

、 、

、

性

。

(4) 阅读实验指导书关于 GTO、GTR、

MOSFET、IGBT的驱动原理。

(3) 了解

SCR、

三、实验所需设备及挂件

1)设备及列表

序号

1

2

3

型号

DJK01电源控制屏

DJK06给定及实验器件

DJK07新器件特性试验

备注

主电源控制屏(已介绍)

包含二极管、开关，正、负15伏直流给定等

含SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT五种

器件

5

6

7

件

4

DJK09单相调压与可调负载

DJK12功率器件驱动电路实验箱

万用表

2)挂

U

=A—.

1*

I

图片

.下载可编辑.

四、实验电路原理图

1、

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MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验原理电路框图如下图 X-3所示:

2、GTO、

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

五、实验内容

图X-4 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验的流程框图

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

DJK06 输

出给定

Ug,分别

接器件的

DJK09 电

阻。将两

个90

Q

电阻串连

且旋在最

3 端, 2 端

（地）

iM ?字电帝表

DJK09 整

流输出

Uo=40V

单料冃飆田匝器

____ 7

DJK09 调\'

压器输 出，开始 时旋在最 小。

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单相调圧与町调负載

?)b

a）部分实验图片如下：

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

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

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）

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：

，使整流输出Uo=40V .

逐步右旋RP1,使给定电压从零开始调节 ，直至1.3A ）。

Ug

Id

SCR Uv

Ug

Id

GTO Uv

Ug

Id

MOSFET Uv

Ug

IGBT Id

Uv

Ug

Id

GTR

Uv

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。

PWM部分

15

GTO? ij与棍护电斯

\"CTB T ■

中

稳压电源部 分，供各驱动 电路用。注意： 各直流电压要 对应。

Di

J T宠

出

｛ 亦GTO 部分

IGBT部分。

GET宴功与恨护电廊

界ET班动与雄护电路

C端与器件

IGBT 的 C

连接

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山

MOSFET部分

O

GTR部分

DI

?TR里动与便护电跡

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本实验板电

源开关

GTR部分。C

端与器件

GTR的C连

接

功聿器件盟动电路实验菊

ft 14

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

M PWM S生器

W1调频率 范围

做GTR、GTO 时,

选低频1000 Hz。

做 MOSFET

IGBT 时选高频

8KHz~10KHz

丄

R2

?+5.1V

W2 调 PWM

的占空比

.下载可编辑.

T

出

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O时负载的电压平均值Ua表：

a

GTO Ua

a

GTR

Ua

a

MOSFET Ua

a

IGBT 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(ld)。

(2) 整理并画出不同器件的基极

⑶画出Ua=f

(a)的曲线。

(4)讨论并分析实验中出现的问题 。

(或控制极)驱动电压、元件管压降的波形

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 。

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z图F-1 GTO驱动与保护电路原理图

0V

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

+ J5V

R1

R2

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RSvDl

22

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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。

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图1-16 GTR的驱动与保护电路原理图

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电路,驱动,器件,实验,电压