電力電子器件特性和驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)一

1、實(shí)驗(yàn)三常用電力電子器件的特性和驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握常用電力電子器件的工作特性。(2) 掌握常用器件對(duì)觸發(fā)MOSFE、T信號(hào)的要求。(3) 理解各種自關(guān)斷器件對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求。(4) 掌握各種自關(guān)斷器件驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。(5) 掌握由自關(guān)斷器件構(gòu)成的 PWM直流斬波電路原理與方法。 、預(yù)習(xí)內(nèi)容(1) 了解SCR GTO GTR MOSFE、IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理。(2) 了解 SCR GTO GTR MOSFET IGBT有哪些主要參數(shù)。(3) 了解 SCR GTO GTR MOSFET IGBT的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。(4) 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書關(guān)于 GTO GTR MOSFET IGBT

2、的驅(qū)動(dòng)原理。三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及掛件1)設(shè)備及列表序號(hào)型號(hào)備注1:DJK01電源控制屏:主電源控制屏(已介紹)2DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管、開關(guān)，正、負(fù) 15伏直流給定等3:DJK07新器件特性試驗(yàn):含SCR GTO GTR MOSFET IGBT五種器件4DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載5DJK12功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱6萬用表7雙蹤示波器2) 掛件圖片i丨 與；四、實(shí)驗(yàn)電路原理圖1、SCR GTO MOSFE、GTR IGBT五種特性實(shí)驗(yàn)原理電路如下圖 X-1所示:電V網(wǎng)電壓變壓器T1SCRV3A!B：J Id1:調(diào)壓器圖X-11 GTO匚3直流整流TUi特性實(shí)驗(yàn)原理電路圖Gtr工 J2

3、】X-2虛框中五種器件的1、UR Idl_1五i 1 n種:器；Ug件丨L_ -1給定電壓VUv2、+ 15V2、GTO MOSFETGTR IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理電路框圖如下圖X-3所示:圖X-3 GTO、MOSFET GTR IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理電路框圖3、GTO MOSFET GTR IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的流程框圖如圖 X-4有SG3525形成的PWM發(fā)生電路功率器件驅(qū)動(dòng)電路*功率器件* 負(fù)載圖X-4 GTO、MOSFET GTR IGBT四種驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的流程框圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、SCR GTO MOSFET GTR IGBT五種器件特性的測(cè)試2、GTO MOSFET GTR IGBT

4、驅(qū)動(dòng)電路的研究。六、注意事項(xiàng)（1）注意示波器使用的共地問題。（2） 每種器件的實(shí)驗(yàn)開始前，必須先加上器件的控制電壓，然后再加主回路的電源；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，必須先切斷主回路電源，然后再切斷控制電源。（3）驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，連接驅(qū)動(dòng)電路時(shí)必須注意各器件不同的接地方式。（4）不同的器件驅(qū)動(dòng)電路需接 不同的控制電壓，接線時(shí)應(yīng)注意正確選擇。七、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、SCR GTO MOSFET GTR IGBT五種器件特性的測(cè)試1）關(guān)閉總電源，按圖 X 5的框圖接主電路a）部分實(shí)驗(yàn)圖片如下:DJK09 電阻。將兩個(gè)90 Q 電阻串連 且旋在最大（DJK06 輸出給定Ug,分別 接器件的3 端, 2 端（地）單111自

5、搟詞匝器DJK09 整流輸出Uo=40V5DJK09 調(diào)壓器輸出，開始時(shí)旋在最 小。圖X 5實(shí)驗(yàn)接線框圖c）負(fù)載電阻R,用DJK09中的兩個(gè)90Q串連。b）直流電壓表V,直流電流表A,用DJK01電源屏上的直流數(shù)字表。 d）DJK07中各器件圖片及接線標(biāo)號(hào)圖如下：23123* * M|C1）關(guān)閉DJK01總電源，按圖X 6的框圖接線（注意：實(shí)驗(yàn)接線一個(gè)個(gè)圖X 6 GTO、MOSFET GTR IGBT驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)2）調(diào)整直流整流電壓輸出 Uo=40V接線完畢，并檢查無誤后（注意調(diào)壓器輸出開始為最?。?，將DJK01的電源鑰匙擰向開，按 啟動(dòng)按鈕。將單相調(diào)壓器輸出由小到大逐步增加，使整流輸出Uo=

6、40V3）各種器件的伏安特性測(cè)試a）將DJK06的給定電位器RP1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，S1撥向“正給定”，S2撥向“給定”，打 開DJK06上的電源開關(guān)，DJK06為器件提供觸發(fā)電壓信號(hào)。b）逐步右旋RP1,使給定電壓從零開始調(diào)節(jié)，直至器件觸發(fā)導(dǎo)通。記錄Ug從小到大的變化過程中Id、Uv的值，從而可測(cè)得器件的 V/A特性。（實(shí)驗(yàn)最大可通過電流為1.3A ）。c）將各種器件的Ug Id、Uv的值填入下表中:SCRUgIdUvGTOUgIdUvMOSFETUgIdUvIGBTUgIdUvGTRUgIdUv2、GTO MOSFET GTR IGBT驅(qū)動(dòng)電路的研究。進(jìn)行）a）直流勵(lì)磁電源和燈泡負(fù)載圖片PW

7、M部分GTR部分GTO部分b）直流電壓和電流表同上。c）四種電力電子器件均在 DJK07掛箱上。d）DJK12中圖片標(biāo)注如下：穩(wěn)壓電源部 分，供各驅(qū)動(dòng) 電路用。注意： 各直流電壓要 對(duì)應(yīng)。IGBT部分。C端與器件IGBT 的 C 連接GTR部分。C 端與器件GTR的C連 接本實(shí)驗(yàn)板電 源開關(guān)MOSFET部分8411a2)觀察PWMI波形輸出變化規(guī)律正常否?a)檢查接線無誤后，將 DJK01的鑰匙擰向開，不按啟動(dòng)按鈕。打開DJK12的電源開關(guān)。b)將示波器的探頭接在驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。選擇好低頻或高頻后，分別旋轉(zhuǎn)W1 W2看波形輸出變化規(guī)律。 W調(diào)頻率；W調(diào)占空比。選擇低頻時(shí)，調(diào)W1頻率可在200

8、1000Hz變化；選擇高頻時(shí)，調(diào)W1頻率可在2K10K變化.調(diào)W看占空比可調(diào)范圍。做GTR、GTO 時(shí), 選低頻1000 Hz。W1調(diào)頻率 范圍做 MOSFET 、 IGBT 時(shí)選高頻 8KHz10KHzW2 調(diào) PWM的占空比3)當(dāng)觀察PW波形及驅(qū)動(dòng)電路正常輸出且可調(diào)后，將占空比調(diào)在最小。按DJK01的啟動(dòng)按鈕，加入勵(lì)磁電源后，再逐步加大占空比，用示波器觀測(cè)、記錄不同占空比時(shí)基極的驅(qū)動(dòng)電壓、 負(fù)載上的波形。測(cè)定并記錄不同占空比a時(shí)負(fù)載的電壓平均值Ua于下表中。不同占空比a時(shí)負(fù)載的電壓平均值Ua表：GTOaUaGTRaUaMOSFE-aUaIGBTaUa八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1) 根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，繪出

9、各器件的輸出特性Uv=f(ld)。(2) 整理并畫出不同器件的基極(或控制極)驅(qū)動(dòng)電壓、元件管壓降的波形。(3) 畫出Ua=f (a)的曲線。(4) 討論并分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。附：GTO IGBT、MOSFET GTR驅(qū)動(dòng)電路原理圖。1、GTO區(qū)動(dòng)電路如圖F-1所示GTO的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖 F-1所示：電路由土 5V直流電源供電，輸入端接PWM發(fā)生器輸出的PWM信號(hào)，經(jīng)過光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)比較器LM311輸出低電平時(shí)，V2、V4截止,V3導(dǎo)通，+5V的電源經(jīng)R11、R12、R14和C1加速網(wǎng)絡(luò)向GTO提供開通電流，GTO導(dǎo)通；當(dāng)比較器輸 出高電平時(shí)，V2導(dǎo)通、V3截止、V4導(dǎo)通，-

10、5V的電源經(jīng)L1、R13 V4、R14提供反向關(guān)斷電 流，關(guān)斷GTO后，再給門極提供反向偏置電壓。R11iR7艮5R9輸TP2R10R8R3VIR1LM31 1h nR6 “ -1 co3SZV6+ 20V圖F-1 GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理圖+ 5v圖F-2 IGBT管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路4、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路IGBT管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖 F-2所示，該電路采用富士通公司開發(fā)的IGBT專用集成觸發(fā)芯片EXB841它由信號(hào)隔離電路、驅(qū)動(dòng)放大器、過流檢測(cè)器、低速過流切斷電路和柵極關(guān)斷 電源等部分組成。EXB841的“6”腳接一高壓快恢復(fù)二極管 VD1至IGBT的集電極，以完成IGBT的過流保護(hù)。

11、 正常工作時(shí)，RS觸發(fā)器輸出高電平，輸入的 PWM言號(hào)相與后送入EXB841的輸入端“15”腳。 當(dāng)過流時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)線路通過 VD1檢測(cè)到集射極電壓升高， 一方面在10us內(nèi)逐步降低柵 極電壓，使IGBT進(jìn)入軟關(guān)斷；另一方面通過“ 5”腳輸出過流信號(hào)，使 RS觸發(fā)器動(dòng)作，從而封 鎖與門，使輸入封鎖。5、MOSFET!動(dòng)電路MOSFET的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖1-15所示，該電路由土 15V電源供電，PWM控制信號(hào)經(jīng)光 耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)比較器LM311的“2”腳為低電平時(shí)，其輸出端為高電平，三極管V1導(dǎo)通，使MOSFET柵極接+15V電源，從而使MOSFETf導(dǎo)通。當(dāng)比較器LM311

12、“2”腳為高電平 時(shí)，其輸出端為低電平-15V，三極管V1截止，VD1導(dǎo)通，使MOSFETf柵極接-15V電源，迫使 MOSFE關(guān)斷+ J5VO-TR1R2IIR30 00二I1R1一 C1JM3I IZSvDl立二（R6圖1-15 MOSFET管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路6、GTF驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理框圖如圖 1-16所示：該電路的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后輸入 555， 555接成施密特觸發(fā)器形式， 其輸出信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)對(duì)管 V1和V2, V1和V2分別由正、負(fù)電源供 電，推挽輸出提供GTR基極開通與關(guān)斷的電流。 C5 C6為加速電容，可向GTR提供瞬時(shí)開關(guān)大 電流以提高開關(guān)速度。VD1VD4接成貝克鉗位電路， 使GTR始終處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)有利于提高器件的開關(guān)速度，其中VD1、VD2 VD3為抗飽和二極管，VD4為反向基極電流提供回路。比較器 N2通過監(jiān)