电力实验报告

实验一功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路1．MOSFET主要参数测试

（1）开启阀值电压V GS(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I D=1mA)的最小栅源电压。

在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流I D，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。

图1-1

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I D=1mA时的栅

。

源电压值即为开启阀值电压V GS

（th）

读取6—7组I D、Vgs，其中I D=1mA必测，填入表1—1。

（3）转移特性I D＝f（V GS）

栅源电压Vgs与漏极电流I D的关系曲线称为转移特性。

根据表1-1的测量数值，绘出转移特性。

3．驱动电路的输入、输出延时时间测试

将MOSFET单元的输入“1”与“4”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再将MOSFET单元的“2”与“3”、“9”与“4”相连，

在上述接线基础上，再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”、“11”与“12”相连，“13”、“14”与“16”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。

六．实验报告

测得延时时间t=250ns

4．实验的收获、体会与改进意见。

答：将理论运用于实践，可以自己动手测量得出MOSFET的相关特性，再与课本的知识相对照，更为深刻的理解了其开关特性。但是时间安排得太紧，好多实验内容老师都说可以不做，但是我认为这种实验课应该跟课堂讲授同等重要，需要花时间去动手与理解，而不是慌慌张张的做实验，应付而已。

六、思考题

1．栅极电阻的大小对MOSFET的开、关特性有何影响？为什么？

改变栅极电阻的大小可以改变开关速度，因为改变栅极电阻的大小会改变栅极回路的时间常数大小，进而影响开关速度。

2．缓冲电路的作用是什么？加入缓冲电路对开关特性有何影响？

答：缓冲电路可以将开关损耗从器件内部转移到缓冲电路中，然后再消耗在缓冲电路的电阻上，从而来降低MOSFET的开关损耗；如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。这便是缓冲电路的作用。

3．从理论上说，MOSFET的开、关时间是很短的，一般为纳秒级，但实验中所测得的开、关时间却要大得多，你能否分析一下其中的原因吗？

答：可能是器件使用时间较长发生老化，同时实验设备中的电流和电压以及各种电子元器件都与理论值有差距，然后人为的读数也会有所误差，导致MOSFET的开、关时间的测量值与实际值产生较大差距。

实验二．绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路

1．IGBT 主要参数测试 （1）开启阀值电压V GS （th ）测试

在主回路的“1”端与IGBT 的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“3”与“4”端分别与IGBT 管的“14”与“17”端相连，再在“14”与“17”端间接入电压表，并将主回路电位器RP 左旋到底。

将电位器RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流I D =1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压V GS （th ）。

读取6—7组I D 、Vgs ，其中I D =1mA 必测，填入表2—1。

（3）导通电阻R DS 测试

将电压表接入“18”与“17”两端，其余同上，从小到大改变V GS ，读取I D 与对应的漏源电压V DS ，测量5-6组数据，填入表2-—3。

2．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试

IGBT 部分的“1”与“13”分别与PWM 波形发生部分的“1”与“2”相连，再将IGBT 部分的“18”与“13”、与门输入“2”与“1”相连，且芯片6于18之间的开关拨到通，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。

t on = 1us ，t off = 17us

（4）关断时的负栅压测试

断开“18”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。

U = -5.2V

（5）过流阀值电压测试

断开“18”与“13”，“2

”与“1”的连线，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，将主回路的“3”与“4”分别和“18”与“17”相连，且芯片6与 18之间的开关

RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。

图2-1

六．实验报告

1．根据所测数据，绘出IGBT的主要参数的表格与曲线。

七．思考题

1．如何实现IGBT的过流，过压保护？

IGBT的过电流保护可以采用集电极电压识别的方法。在正常工作时，IGBT 的通态饱和电压降U on与集电极电流I c呈近似线性变化关系，识别U on的大小即可判断IGBT集电极电流的大小，检测发现过电流信号即切断门极控制信号，实现过电流保护；过电压保护可以通过缓冲电路来实现，缓冲电路可以抑制过电压并限制du/dt。

2．通过MOSFET与IGBT器件的实验，请你对两者在驱动电路的要求，开关特性与开关频率，有、无反并联寄生二极管，电流、电压容量以及使用中的注意事项等方面作一分析比较。

MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的，驱动电路简单，需要的驱动功率小，IGBT的驱动电路与MOSFET相似，但是需要注意对过电流和过电压的保护；

MOSFET的开关容量比IGBT的开关容量小，但是开关频率比IGBT开关频率高；

MOSFET无反并联寄生二极管，IGBT有；MOSFET的电流、电压容量较小，IGBT 的电流、电压容量较大；MOSFET使用时注意栅极电阻和缓冲电路的控制，在保证开关速率的前提下减小MOSFET的开关损耗，IGBT使用时需注意过电流和过电压的保护，防止电流电压过高使IGBT烧毁。