北航电力电子实验报告

电力电子实验报告

学号 姓名

12031006 王天然

实验一 功率场效应晶体管(MOSFET)特性

与驱动电路研究

一．实验目的：

1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法 2．掌握MOSEET对驱动电路的要求

3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法 二．实验设备和仪器

1． NMCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发

生器部分 2．双踪示波器

3．安培表（实验箱自带）

MOSFET+5V通1R13VD14R49VT215265812S1断10R2R37+-1411R5VT11316S2+15V断R6R720242527通VD3R1023C226R98+192218VD2+C11721PWM波形发生R1 84S1主电路+5V断1R1L1R2通SV+断通RPR276555152313VD1R32通S2C1C2断R324RP图2-2 MOSFET实验电路4．电压表（使用万用表的直流电压档） 三．实验方法

1．MOSFET主要参数测试 （1）开启阀值电压VGS(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ID=1mA)的最小栅源极电压。

在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表（箱上自带的数字安培表表头），测量漏极电流ID，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。

ID（mA） 0.2 0.5 1 5 10 100 200 500 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ID=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGS（th）。 读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入下表中。 ID（mA） Vgs（V） 0.2 0.5 1 5 100 200 500 2.64 2.72 2.86 3.04 3.50 3.63 3.89

（2）跨导gFS测试

双极型晶体管（GTR）通常用hFE（β）表示其增益，功率MOSFET器件以跨导gFS表示其增益。

跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS=△ID/△VGS。

★ 注意典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和VDS=15V下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值，因此重点是掌握跨导的测量及计算方法。

根据上一步得到的测量数值，计算gFS=0.0038Ω

Vgs（V） 2.64 2.72 2.86 3.04 3.13 3.5 3.63 3.89 gFS 0.0038 0.0036 0.0222 0.0556 0.2432 0.7692 1.1538 （3)导通电阻RDS测试 导通电阻定义为RDS=VDS/ID

将电压表接至MOS 管的“25”与“23”两端，测量UDS，其余接线同上。改变VGS 从小到大读取ID与对应的漏源电压 VDS，测量6组数值，填入下表中。 ID（mA） VDS（V） 0 14.78 0.5 14.77 1 14.75 10 14.46 50 13.64 100 12.48 200 10.36 500 3.74

（4）ID＝f（VSD）测试

ID＝f（VSD）系指VGS＝0时的VDS特性，它是指通过额定电流时，并联寄生二极管的正向压降。

a． 在主回路的“3”端与MOS管的“23” 端之间串入安培表，主

回路的“4”端与MOS管的“25”端相连，在MOS管的“23”与“25”之间接入电压表，将RP右旋转到底，读取一对ID与VSD的值。

ID=28.0mA VSD=0.58V b． 将主回路的“3”端与MOS管的“23”端断开，在主回路“1”端与

MOS管的“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取另一对ID与VSD的值。

ID=648mA VSD=0。72V c． 将“1”端与“23”端断开，在在主回路“2”端与“23”端之间串入安

培表，其余接线与测试方法同上，读取第三对ID与VSD的值。

ID=674mA VSD=0.72V 2．快速光耦6N137输入、输出延时时间的测试

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，用双踪示波器观察输入波形（“1”与“4”）及输出波形（“5”与“9”之间），记录开门时间ton、关门时间toff。

ton= 112ns ，toff=520ns 3. 驱动电路的输入、输出延时时间测试

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

tdelay=272ns 4．电阻负载时MOSFET开关特性测试 （1）无并联缓冲时的开关特性测试

在上述接线基础上，将MOSFET单元的“9”与“4”连线断开，再将“20”与“24”、“22”与“23”、“21”与“9”相连，然后将主回路的“1”与“4”分别和MOSFET单元的“25”与“21”相连。用示波器观察“22”与“21”以及“24”与“21”之间波形（也可观察“22”与“21”及“25”与“21”之间的波形），

记录开通时间ton、存储时间ts、关断时间toff。

ton= 1.28μs ，toff=9.60μs （2）有并联缓冲时的开关特性测试

在上述接线基础上，再将“25”与“27”、“21”与“26”相连，测试方法及测试量同上。

ton=840ns ，toff=7.60μs 5．电阻、电感负载时的开关特性测试 （1）有并联缓冲时的开关特性测试

将主回路“1”与MOSFET单元的“25”断开，将主回路的“2”与MOSFET单元的“25”相连，测试方法同上。

ton=27.2 μs ，toff=940ns

（2）无并联缓冲时的开关特性测试 将并联缓冲电路断开，测试方法同上。

ton=21.8μs，toff=1.4μs 6．不同栅极电阻时的开关特性测试 电阻、电感负载，有并联缓冲电路

（1）栅极电阻采用R6=200Ω时的开关特性。

ton=840ns ，toff=7.60μs （2）栅极电阻采用R7=470Ω时的开关特性。

ton= 24μs ，toff=2.16μs （3）栅极电阻采用R8=1.2kΩ时的开关特性。

ton=29.6μs，toff=4.8μs 7．栅源极电容充放电电流测试

电阻负载，栅极电阻采用R6，用示波器观察R6两端波形并记录

该波形的正负幅值。

正幅值为 4.16V 负幅值为332mV

8 ．消除高频振荡试验

当采用电阻、电感负载，无并联缓冲，栅极电阻为R6时，可能会产生较严重的高频振荡，通常可用增大栅极电阻的方法消除，当出现高频振荡时，可将栅极电阻用较大阻值的R8。 六．实验总结

1.分析栅极电阻大小对开关过程影响的物理原因。

开关速度由电容和电阻的时间常数决定，改变栅极电阻大小会改

变时间常数，进而影响开关过程。 2．消除高频振荡的措施与效果。

增加栅极电阻可以消除高频振荡。产生高频振荡的原因是在开关

通断时，mosfet的结电容的充放电动作流过栅极回路，如果存在电感就会产生一个电压尖峰（U=L*di/dt）。增加栅极电阻，充放电电流会减小，在结电容不变的情况下充电时间（dt）会变长，从而减小尖峰的峰值，也就是消除了高频振荡。 3．实验的收获、体会

通过这个实验我熟悉了MOSFET主要参数的测量方法和MOSFET开关特性的测试方法，了解了数字示波器的使用，并联缓冲的作用，以及高频振荡产生的原因等。