功率场效应管(MOSFET)特性与驱动电路研究

实验报告课程名称：电力电子器件指导老师：陈辉明成绩：实验名称：实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得实验一功率场效应管（MOSFET）特性与驱动电路研究一、实验目的和要求1、熟悉MOSFET主要参数的测量方法。2、掌握MOSFET对驱动电路的要求。3、掌握一个实用驱动电路的工作原理和调试方法。4、对MOSFET主要参数、开关特性、使用方法进行研究。二、实验内容和原理实验原理：见《电力电子器件实验指导书》（汤建新编著）17页至26页“功率场效应管特性与驱动电路研究”中“二.实验线路及原理”。实验内容：1、MOSFET静态特性及其主要参数测试（1）开启阀值电压VGS(th)测试（2）跨导gm测试（3）转移特性测量（4）输出特性测量（5）导通电阻Ron的测量1.驱动电路研究（1）光耦合与磁耦合对输入信号的影响比较（2）驱动电路的输入、输出延迟时间的测量2.动态特性测试（1）电阻负载MOSFET开关特性测试专业：电子信息工程姓名：学号：日期：2011年地点：教二（2）电阻电感性质负载时，MOSFET开关特性测试（3）RCD缓冲电路对MOSFET开关特性及VDS波形的影响测试（4）栅极反压电路对MOSFET开关特性的影响测试（5）不同栅极电阻对MOSFET开关特性的影响测试三、主要仪器设备1、DSX01电源控制屏2、DDS16“电力电子自关断器件特性与驱动电路”实验挂箱3、DT10“直流电压电流表实验挂箱”4、数字示波器等四、实验数据记录处理与结果分析1、MOSFET静特性及主要参数测试1.1开启阀电压Vgs(th)测试Id/mAVgs/V02.650.262.71812.822.232.917.373.01221.83.159.13.16176.53.272453.297343.3610483.413703.44因此，开启电压测量为：VGS(th)=2.85V1.2跨导gm测量根据公式计算跨导如下表：VgsGm2.655.22.76.1666672.8213.666672.9150.392163.012163.97733.1621.66673.161067.2733.2734253.296985.7141.3转移特性测量转移特性曲线如下：1.4输出特性测量(1)正向输出特性曲线测量选择Vgs=3VVgs=3.3VVgs=3.6V时测量VDSIDVDSIDVDSID0.298.210.2521.40.24423.60.468.740.5347.80.5456.40.689.040.7868.6198.71.769.590.9886.81.5146.32.69.811.16101.72.021954.210.111.5124.63.022896.4810.431.83137.543749.1910.82.25146.85.148210.5110.963.35157.76.2358711.0411.045.91174.98.9283412.9711.318.05190.410.4297313.9311.4610.8221312.5115515.8711.7412.6623714.58122717.1111.8214.4326118126518.2111.9215.0627919.2712.119.0137220.48499(2)反向输出特性曲线测量测量结果如下：2、驱动电路研究2.1光耦合与磁耦合对输入信号的影响比较将光耦的两端共地，把555产生的PWM斩波信号接入光耦的IN，用示波器同时观察输入IN信号和输出OUT信号，波形如下：VDSID0.24623.60.56253.40.875.11.31107.51.303125.91.52147.51.851772.07198.12.36225.72.58246.62.842733.413263.653504.224034.824615.55256.065787.056727.637278.548129.5491010.195911.35107613122215.42144717.316131通道为输入，2通道为输出，可知相位反向。测量延时时间，仔细观察跳变时的波形：根据延时时间的定义，手动在图中读取得，延时时间trr=500ns将磁耦的两端共地，把555产生的PWM斩波信号接入磁耦的IN，用示波器同时观察输入IN信号和输出OUT信号，波形如下：由波形可以看出，在磁耦时，波形畸变非常严重，相位同相。仔细观察跳变波形，测量延时时间，波形如下：根据延时时间的定义，可以读出，延时时间trr=200ns由此可见，磁耦的信号延时比光耦的信号延时小。2.2驱动电路的输入、输出延时时间的测量用示波器观察输入输出电路，波形如下：测量输入输出延时时间，将波形放大，观察如下波形：根据延时时间的定义，可以从图中读出，延时时间trr=360us3、动态特性测试3.1电阻负载MOSFET开关特性测试用示波器观察MOSFET的Vgs和Vds波形，其开通关断时间图像如下由上图可知管段时间t1=1.34us下图可知关断时间约为t2=1.4us将以上开关特性归一画图得如下3.5不同栅极电阻对MOSFET开关特性的影响测试测试在不同的栅极电阻是，对GSV和DSV波形的影响和对开关时间的影响。(1)R=RG1由图可知开通时间约为t=1.0us(2)R=RG2由图可知关断时间t=1.920us(3)R=RG3由图可知关断时间t=4.120us故随着栅极电阻的减小开关时间逐渐变大五、心得体会1、由于实验环境中的电压源存在过流保护，在测量MOSFET输入输出特性时，只能检测到工作与线性区和三极管区的特性曲线。当输出到达饱和区时，电压源显示过流，因此无法测量。2、实验中由于器件工作在开关状态，而且是功率器件，因此在测量时温升都较大。由于半导体器件对温度敏感，因此温升会对实验结果造成一定的误差。3、由于开关时间的数量级都在几百纳秒或者几个微秒，在示波器上使用光标读数时难免有困难，而且误差很大。因此采用了波形拍照，在波形上测量格数的方法读取开关时间，这样可以减小误差。4、在处理实验结果时，已经做到尽可能精确，但还是存在一定的误差，这与器件的非理想特性和实验台接线时产生的其他因素影响有关，可以认为是系统误差，在实验中不能消除。