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
该控制屏包含“单相自藕调压器”，“整流滤波”等几个模块。 该挂件包含“IGBT”以及“MOSFET”等。
该挂件包含“GTR”以及“GTO”等。 自备 自备
1 PE-01 电源控制屏
2 PE-14 功率器件驱动与保护电
路(一) 3 PE-15 功率器件驱动与保护电
路(二) 4 5
双踪示波器 万用表
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
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(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。
实验前应先检查驱动电路的工作情况，在未接通主电路的情况下，打开PE-14的电源开关，接通驱动模块的电源，此时可在驱动模块的输出端观察到相应的PWM波形，调节PE-14上PWM波形发生器的占空比电位器RP2，观测驱动输出的PWM波形与PWM波形发生器的波形的相位关系。
当驱动电路正常工作后，将占空比电位器RP2逆时针调到底，然后启动主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、GTR管压降及负载上的波形。
测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值Ua于下表中：
α
Ua (2)GTO的驱动与保护电路实验
将GTR的驱动与保护电路实验中的驱动模块和新器件均改为GTO，其余部分与GTR实验基本一致。
按GTR实验的方法进行实验，测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值Ua于下表中：
α Ua
(3)MOSFET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“高频档”。然后调节频率电位器RP1，使PWM波输出频率在“2KHz”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MOSFET器件，采用±15V电源驱动；接线时，将PE-14上的PWM波形输出端接到的MOSFET驱动模块的输入端，它所需的±15V电源也从PE-14上取。
实验前应先检查驱动电路的工作情况，在未接通主电路的情况下，打开PE-14的电源开关，接通驱动模块的电源，此时可在驱动模块的输出端观察到相应的PWM波形，调节PE-14上PWM波形发生器的占空比电位器RP2，观测驱动输出的PWM波形与PWM波形发生器的波形的相位关系。
当驱动电路正常工作后，将占空比电位器RP2逆时针调到底，然后启动主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、MOSFET管压降及负载上的波形。
测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值Ua于下表中：
α Ua
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(4)IGBT的驱动与保护电路实验
将MOSFET的驱动与保护电路实验中的驱动模块和新器件均改为IGBT，其余部分与MOSFET实验基本一致。
按MOSFET实验的方法进行实验，测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值Ua于下表中：
α Ua
(5)调节PWM发生电路中的频率电位器RP1，将GTR和GTO的工作频率从200Hz增加到400Hz，重复(1)(2)的实验内容，分析工作频率对器件的影响。
(6)调节PWM发生电路中的频率电位器RP1，将IGBT和MOSFET的工作频率从2KHz增加到4KHz，重复(3)(4)的实验内容，分析工作频率对器件的影响。
六、实验报告
(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Ua=f（α）的曲线。
(3)讨论并分析实验中出现的问题。 七、注意事项
(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
(2)连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。 (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。
(4)在本实验中，完成的是关于器件的驱动部分的实验项目，老师可以根据自己的实际需要调整实验项目，如可增加测量器件的导通和关断时间等实验项目。
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