电力电子实验报告学号12031006姓名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）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。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）0.20.515100200500Vgs（V）2.642.722.863.043.503.633.89（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=0.0038ΩID（mA）0.20.51510100200500Vgs（V）2.642.722.863.043.133.53.633.89gFS0.00380.00360.02220.05560.24320.76921.1538 （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）00.511050100200500VDS（V）14.7814.7714.7514.4613.6412.4810.363.74（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=28.0mAVSD=0.58Vb． 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=648mAVSD=0。72Vc． 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=674mAVSD=0.72V2．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=520ns3. 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=272ns4．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=7.60μs5．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=27.2μs，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=1.4μs6．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=4.8μs7．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332mV8．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
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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。
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