实验一、电力电子器件的驱动与保护电路实验
电力电子技术实验指导(2014下)
《电力电子技术》实验指导书自动化教研室二○一四年八月实验一单项桥式半控整流电路实验实验性质：验证性实验实验日期：一、实验目的1.加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。
2.了解单相桥式半控整流电路的工作原理，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。
二、实验设备三、实验线路及原理本实验电路图如图1-1 所示，实验线路图如图1-2 所示。
两组锯齿波同步移相触发电路均在TK-12挂件上，触发信号加到两个晶闸管（锯齿波触发脉冲G1，K1加到VT1的控制极和阴极，G3，K3加到VT3控制极和阴极），图中的R电阻900Ω，电感L d用100mH，直流电压表、电流表从电源控制屏获得。
四、实验内容1.锯齿波同步触发电路的调试。
2.单相桥式半控整流电路带电阻性负载。
3.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。
图1-1 电路图图1-2 接线路图五、预习要求1.阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。
2.了解单相桥式半控整流电路的工作原理。
六、思考题1.单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?七、实验方法1.用两根导线将220V将TKDD-2电源控制屏的交流电压接到TK-12的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开TK-12电源开关，用双踪示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。
2.锯齿波同步移相触发电路调试。
令U ct=0时（RP2电位器顺时针转到底），α＝170o。
3.单相桥式半控整流电路带电阻性负载：按原理图1-2接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压U d、晶闸管两端电压U VT，调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在不同α角时U d的波形，测量相应电源电压U2、负载电压U d、电流I d计算公式: U d = 0.9U2(1+cosα)/24.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载①断开主电路后，将负载换成将平波电抗器L d(10OmH)与电阻R串联。
现代电力电子技术硬件实验 (2)
实验一半桥型开关稳压电源的性能研究实验时间：（10月13日）一、实验目的(1)熟悉典型开关电源主电路的结构，元器件和工作原理。
(2)了解 PWM 控制与驱动电路的原理和常用的集成电路。
二、实验所需挂件及附件序号型号备注1HK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2PE-18半桥型开关稳压电源3双踪示波器自备4万用表自备三、原理说明(1)半桥型开关直流稳压电源的电路结构原理和各元器件均已画在PE-18挂箱的面板上，并有相应的输入与输出接口和必要的测试点。
主电路结构拓扑图如图1所示。
图1 主电路结构拓扑图(2)逆变电路采用的电力电子器件为美国IR公司生产的全控型电力MOSFET管，其型号为IRFP450，主要参数为：额定电流16A，额定耐压500V，通态电阻0.4Ω。
两只MOSFET管与两只电容C1、C2组成一个逆变桥，在两路PWM信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为26KHz、占空比可调的矩形脉冲电压。
然后通过变压器降压、整流、滤波后获得可调的直流电源电压输出。
(3)控制与驱动电路：控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General 公司生产的专用PWM控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
调节Vref的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。
它适用于各开关电源、斩波器的控制。
图2 SG3525引脚分布图四、预习思考题(1)开关稳压电源的工作原理是什么？有什么优点？答：开关稳压电源的主要构成部分是一个变压器和一个充当“开和关”功能的开关管，变压器和开关管串联于电路中，直流电经过开关管的“开和关”状态在电路上形成脉冲电压，这个脉冲电压在变压器的磁芯上面形成瞬间变化的磁场，然后在同一个磁场里的另一个线圈上就感应出了脉冲电压，这个脉冲电压经过整流和滤波，即输出直流电压。
实验二 IGBT管的驱动、保护电路的测试及直流斩波降压电路的研究
实验二 IGBT管的驱动、保护电路的测试及直流斩波降压电路的研究一、实验目的1．掌握IGBT驱动与保护电路的基本要求，熟悉驱动模块EXB841电路的驱动与保护环节的测试；2．掌握脉宽调制信号发生原理，能对脉宽调制电路的调试及负载电压波形进行分析；3．熟悉直流斩波降压电路的工作原理。
二、预习要求1．了解IGBT驱动的隔离和功率放大的要求；2．了解脉宽调制信号的发生原理；3．了解直流斩波电路的基本原理。
三、实验设备1．IGBT直流斩波电路实验装置单元2．示波器3．万用表四、实验原理及说明该实验由三个部分组成：直流斩波电路，IGBT的驱动和保护电路以及脉宽调制信号发生电路。
下面分别予以介绍。
1．直流斩波电路如图2-1所示，220V单相交流电经整流变压器TR，降为50V交流电，再经整流滤波后变为直流电，其幅值在45V～70V之间，视负载电流大小而定。
直流电路的负载为220V、15W白炽灯，用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关管，来控制直流电路的通断，以调节负载上平均电压的大小。
图2-1 IGBT 直流斩波电路2．IGBT管的驱动和保护电路（1）IGBT管IGBT管是一个复合元件，它的前半部分类似绝缘栅场效应管（是电压控制型，具有输入阻抗高的优点），后半部分类似双极管晶体管（具有输出阻抗小、导通压降小、承受电流大的优点）。
它兼有场效应管和双极晶体管的优点，因而获得日益广泛的应用。
（2）IGBT的驱动电路IGBT具有显著的优点，已日益广泛应用于通用变频调速器，位置控制和不间断电源领域。
目前有多种IGBT驱动模块。
现以EXB841为例，来介绍IGBT驱动电路的工作原理。
EBX841型模块，可驱动300A/1200V IGBT元件，驱动延迟时间小于1μs，最高工作频率可达40～50kHz。
它只需要外部提供一个+20V的单电源（它内部自生反偏电压）。
模块采用高速光电耦合（隔离）输入，信号电压经电压放大和推挽（射极跟随）功率放大输出，并有过电流保护环节。
一种简单的IGBT驱动和过流保护电路
一种简单的IGBT驱动和过流保护电路王永，沈颂华（北京航空航天大学，北京100083）摘要：讨论了IGBT驱动电路对其静态和动态特性的影响以及对驱动电路与过流保护电路的要求。
利用IGBT的通态饱和压降与集电极电流呈近似线性关系的特性，设计了一个具有完善的过流保护功能的IGBT驱动电路。
经分析和实验表明，该电路具有简单、实用、可靠性高等优点。
关键词：IGBT；驱动电路；过流保护中图分类号：TM131.4文献标识码：B文章编号：1001-1390（2004）04-0025-03Wang Yong，Shen Songhua(Beihang University，Beijing100083，China)Abstract:The infiuence of static state and dynamic characteristic by IGBT drive circuit and the reguirements for drive and over-current protection circuit are described.A new circuit of IGBT drive and over-current protection circuit with perfect performance is de-veioped.It based on the principie of coiiector-emitter saturation voitage-drop approxi-mateiy proportion to the coiiector current.Anaiysis and experiment resuits show that the new circuit has the advantages of simpie，reiiabie，great appiication vaiue and so on. Key words:IGBT；driving circuit；over-current protectionA simple IGBT drive and over-current protection circuit0前言绝缘门极双极型晶体管（Isoiated Gate Bipoiar Transistor）简称IGBT，也被称为绝缘门极晶体管。
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
电力电子实验报告
电力电子实验报告学院名称电气信息学院专业班级电气自动化03班学号学生姓名指导教师实验一电力晶体管(GTR)驱动电路研究一．实验目的1．掌握GTR对基极驱动电路的要求2．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法二．实验内容1．连接实验线路组成一个实用驱动电路2．PWM波形发生器频率与占空比测试3．光耦合器输入、输出延时时间与电流传输比测试4．贝克箝位电路性能测试5．过流保护电路性能测试三．实验线路四．实验设备和仪器1．MCL-07电力电子实验箱2．双踪示波器3．万用表4．教学实验台主控制屏五．实验方法1．检查面板上所有开关是否均置于断开位置2．PWM波形发生器频率与占空比测试（1）开关S1、S2打向“通”，将脉冲占空比调节电位器RP顺时针旋到底，用示波器观察1和2点间的PWM波形，即可测量脉冲宽度、幅度与脉冲周期，并计算出频率f与占空比D当S2通，RP右旋时：当S2断，RP右旋时：当S2通，RP左旋时：当S2断，RP左旋时：（2）将电位器RP左旋到底，测出f与D。
（3）将开关S2打向“断”，测出这时的f与D。
（4）电位器RP顺时针旋到底，测出这时的f与D。
（5）将S2打在“断”位置，然后调节RP，使占空比D=0.2左右。
3．光耦合器特性测试（1）输入电阻为R1=1.6K 时的开门，关门延时时间测试a．将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的“3”与“5”，“9”与“7”及“6”与“11”，即按照以下表格的说明连线。
b．GTR单元的开关S1合向“”，用双踪示波器观察输入“1”与“6”及输出“7”与“11”之间波形，记录开门时间ton（含延迟时间td和下降时间tf）以及关门时间toff（含储存时间ts和上升时间tr）对应的图为：（2）输入电阻为R2=150 时的开门，关门延时时间测试将GTR单元的“3”与“5”断开，并连接“4”与“5”，调节电位器RP顺时针旋到底（使RP短接），其余同上，记录开门、关门时间。
电力电子器件特性和驱动实验一
实验三 常用电力电子器件的特性和驱动实验一、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。
二、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：三相电网电压图 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-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图X-4 GTO、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。
实验二 GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动与保护电路实验V1.0版
实验二 GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动与保护电路实验一、实验目的(1)理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。
(2)熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。
(3)掌握由自关断器件构成PWM直流斩波电路原理与方法。
二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 PE-01电源控制屏该控制屏包含“单相自藕调压器”，“整流滤波”等几个模块。
2 PE-14功率器件驱动与保护电路(一) 该挂件包含“IGBT”以及“MOSFET”等。
3 PE-15功率器件驱动与保护电路(二)该挂件包含“GTR”以及“GTO”等。
4 双踪示波器自备5 万用表自备三、实验线路及原理实验接线及实验原理图如图5-2所示，图中直流电源可由控制屏上的直流电压提供(小容量)，或由控制屏上三相交流电源经整流滤波后输出(大容量)，直流电压、电流表及限流电阻R 均从电源控制屏上取，限流电阻将两个900Ω接成并联形式(或使用PE-25上的灯泡)。
控制部分共分为五部分内容，PWM发生电路、IGBT驱动保护电路、MOSFET驱动保护电路、GTO驱动保护电路及GTR驱动保护电路；其中前三个电路在PE-14挂件上，剩下部分在PE-15挂件上。
图5-2 自关断器件的实验接线及原理图四、实验内容(1)GTR的驱动与保护电路实验(2)GTO的驱动与保护电路实验(3)MOSFET的驱动与保护电路实验(4)IGBT的驱动与保护电路实验(5)研究PWM的工作频率对驱动电路的影响五、实验方法(1)GTR的驱动与保护电路实验把PE-14挂件上的PWM发生电路中的频率选择开关拨至“低频档”。
然后调节频率电位器RP1，使PWM波输出频率在“200Hz”左右。
驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及接地的正确连接。
对于GTR器件，采用±5V电源驱动；接线时，将PE-14上的PWM波形输出端接PE-15上的GTR驱动模块的输入端，GTR所需的±5V电源也从PE-14取。
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实验一电力电子器件的驱动与保护电路实验
一、实验目的
(1)理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。
(2)熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。
(3)掌握由自关断器件构成PWM 直流斩波电路原理与方法。
二、实验设备及仪器
1．THPE-1 型实验箱
2．双踪示波器
三、GTR实验线路及实验方法
1、实验线路
自关断器件GTR驱动和保护实验的实验接线及实验原理图如图2所示。
主回路由GTR、灯泡负载组成，为了测量主回路电流，在主回路中还应串入直流电流表。
主回路由实验箱上的直流220V电压供电，接线时，应从直流电源的正极出发，经过主回路各串联器件回到直流电源负端。
GTR驱动和保护电路的输入信号为PWM发生器的输出信号，GTR驱动和保护电路的三个输出端子则分别连接到GTR器件的相应端子。
GTR驱动和保护电路的由实验箱的+5V和-5V供电。
2、实验方法及步骤
（1）断开主回路，把PWM模块的频率选择开关拨至“低频档”，并使用示波器在输出端观察输出波形，调节频率按钮，使PWM波输出频率在“1KHz”左右。
（2）检查驱动电路的工作情况。
在未接通主电路的情况下，接通驱动模块的电源并按图2所示将输入端与PWM模块的输出端相连接。
使用示波器在驱动模块的输出端观察驱动电路输出波形，调节PWM 波形发生器的频率及占空比，观测PWM 波形的变化规律。
（3）驱动电路正常工作后，将占空比调小，然后合上主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时GTR基极的驱动电压、GTR 管压降及负载上的波形。
（4）测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值U a于下表中：
表1 GTR实验结果
3、注意事项
驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及接地的正确连接。
对于GTR 器件，采用±5V 电源驱动。
四、GTO实验线路及实验方法
GTO实验方法与GTR的实验方法相同。
表2 GTO实验结果
五、MOSFET实验线路及实验方法
除了应该将PWM的频率选择开关拨至“高频档”，使方波的输出频率在
“8KHz～10KHz”范围内之外，其实验方法与GTR的实验方法相同。
表3 MOSFET实验结果
六、IGBT实验线路及实验方法
除了应该将PWM的频率选择开关拨至“高频档”，使方波的输出频率在
“8KHz～10KHz”范围内之外，其实验方法与GTR的实验方法相同。
表4 IGBT实验结果
七、实验报告要求
1、整理并画出不同自关断器件的基极（或控制极）驱动电压、驱动电流、元件管压降的波形。
2、画出U a=f(α)的曲线。
3、讨论并分析实验中出现的问题。
八、注意事项
1、连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。
2、不同的自关断器件需接不同的控制电压，接线时应注意正确选择。
3、实验开始前，必须先加上自关断器件的控制电压，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。