实验一 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究
一．实验目的：
1. 熟悉IGBT开关特性的测试方法；
2. 掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。
二．实验内容
1. EXB840性能测试； 2. IGBT开关特性测试； 3. 过流保护性能测试。
三．实验方法
1．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试
IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1” 相连，IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13” 相连，与门输入“2”与“1”相连，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。
ton= ，toff=
（2）保护输出部分光耦延时时间测试
将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13” 之间波形，记录延时时间。
（3）过流慢速关断时间测试
接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。
（4）关断时的负栅压测试
断开“10”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。
（5）过流阀值电压测试
断开“10”与“13” 的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。
1
将主电路的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。
2．开关特性测试
（1）电阻负载时开关特性测试
将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”， “17”与“16”相连，主回路的“1”用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （2）电阻，电感负载时开关特性测试
将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。
（3）不同栅极电阻时开关特性测试
将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R5＝3kΩ改为R4=27Ω，其余接线与测试方法同上。
3．并联缓冲电路作用测试
（1）将IGBT部分的“18”与“19”相连，IGBT部分的“17”与“20”相连。 （2）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。
（3）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。 4．过流保护性能测试，栅计电阻用R4
在上述接线基础上，将“4”与“5”，“6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间
2
波形，然后将“10”与“18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。
3. 绘出电阻负载，电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形，并在图上标出
tON 与tOFF。
4. 绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明
并联缓冲电路的作用。
5. 过流保护性能测试结果，并对该过流保护电路作出评价。
3
实验二 三相桥式全控整流电路实验
一．实验目的
1．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。 2．了解集成触发器的调整方法及各点波形。
二．实验内容
1．三相桥式全控整流电路
2．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。
三．实验方法
1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）主电路未通电，接通MCL一32T电源控制屏的“低压直流电源”开关,将MCL-31板上的直流低压电源引到MCL-33板上.
（2）用示波器观察MCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（4）将MCL-33板上的Ublf接地，接通“低压直流电源”，用示波器的一个探头逐个观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲。（注意：此时要逐个测试，不得同时观察两个晶闸管上的脉冲）
注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”（处于弹起状态）。
（5）将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=150o。具体方法为：用双踪示波器的一路接U相同步电压，另一路接1#脉冲孔的触发脉冲，调节偏移电压Ub电位器，使得脉冲出现的位置刚好对应于U相同步电压的150o位置。（注意：示波器两路输入的横轴必须重合，否则将会产生误差） 2．三相桥式全控整流电路
按图4-12接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大(450)。
调节Uct（即给定器输出Ug电位器），使在30o~90o范围内（具体方法和1中的（5）相同），用示波器观察记录=30O、60O、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
3．电路模拟故障现象观察。
（1）在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关（依次按下触发脉冲
4
的六个开关中其中一个），则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并分别记录此时的ud波形。
（2）断开两只晶闸管元件的触发脉冲开关（任意按下触发脉冲六个开关中其中两个），观察并分别记录此时的ud波形。
（3）断开三只晶闸管元件的触发脉冲开关（任意按下触发脉冲六个开关中其中三个），观察并分别记录此时的ud波形。
四．实验报告
1．画出电路的移相特性Ud=f()曲线；
2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）；
3．画出三相桥式全控整流电路时，角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形；4．画出模拟故障的波形图并简单分析模拟故障现象。
5
实验三 直流斩波电路的性能研究
一．实验目的
熟悉降压斩波电路（Buck Chopper）和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。
二．实验内容
1．SG3525芯片的调试。
2．降压斩波电路的波形观察及电压测试。 3．升压斩波电路的波形观察及电压测试。
将扭子开关S1打向“直流斩波”侧，S2电源开关打向“ON”，将“3”端和“4”端用导线短接，用示波器观察“1”端输出电压波形应为锯齿波，并记录其波形的频率和幅值。
扭子开关S2扳向“ON”，用导线分别连接“5”、“6”，用示波器观察“5”端波形，并记录其波形、频率、幅度，调节“脉冲宽度调节”电位器，记录其最大占空比和最小
7
占空比。
Dmax=
Dmin=
2．实验接线图见图5—12（接线时请断开电源，即把钥匙开关关闭）。
（1）切断MCL-16主电源，分别将“主电源2”的“1”端和“直流斩波电路”的
四．注意事项
（1）“主电路电源2”的实验输出电压为15V，输出电流为1A，当改变负载电路时，注意R值不可过小，否则电流太大，有可能烧毁电源内部的熔断丝。
（2）实验过程当中先加控制信号，后加“主电路电源2”。
（3）做升压实验时，注意“PWM波形发生器”的“S1”一定要打在“直流斩波”，如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2” 内部的熔断丝。
五．实验报告
1．分析PWM波形发生的原理
2．记录在某一占空比D下，降压斩波电路中，MOSFET的栅源电压波形，输出电压u0波形，输出电流i0的波形，并绘制降压斩波电路的Ui/Uo-D曲线，与理论分析结果进行比较，并讨论产生差异的原因。
9
实验四 单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的
熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验内容
1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。
三．实验设备及仪器
1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．MCL-16组件。
3．电阻、电感元件(MEL-03、700mH电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。
10
单相交直交变频电路的主电路如图5—13所示。
本实验中主电路中间直流电压ud由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A的IGBT单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET和IGBT专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图5—12所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制VT1、VT4和VT2、VT3两对IGBT。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz。
五．实验方法
2（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。
（4）观察对VT1、VT2进行控制的SPWM信号（“5”端与“地”端）和对VT3、VT4进行控制的SPWM信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端
11
防号之间的互锁延迟时间。
2．驱动信号观察
在主电路不接通电源情况下，S3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM波形发生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。
3．S3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连， “主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱 （将一组900Ω/0.41A并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω） 和直流安培表（将量程切换到2A挡）。将经检查无误后，S3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。
4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。
六．注意事项
1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。
2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。
七．实验报告
1．绘制完整的实验电路原理图。
2．电阻负载时，列出数据和波形，并进行讨论分析。 3．电阻电感负载时，列出数据和波形，并进行讨论及分析。 4．分析说明实验电路中的PWM控制是采用同步调制还是异步调制。 5．为使输出波形尽可能的接近正弦波，可以采取什么措施。
6．分析正弦波与三角波之间不同的载波比情况下的负载波形，理解改变载波比对输出功率管和输出波形的影响。
12
实验一 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究
一．实验目的：
1. 熟悉IGBT开关特性的测试方法；
2. 掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。
二．实验内容
1. EXB840性能测试； 2. IGBT开关特性测试； 3. 过流保护性能测试。
三．实验方法
1．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试
IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1” 相连，IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13” 相连，与门输入“2”与“1”相连，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。
ton= ，toff=
（2）保护输出部分光耦延时时间测试
将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13” 之间波形，记录延时时间。
（3）过流慢速关断时间测试
接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。
（4）关断时的负栅压测试
断开“10”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。
（5）过流阀值电压测试
断开“10”与“13” 的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。
1
将主电路的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。
2．开关特性测试
（1）电阻负载时开关特性测试
将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”， “17”与“16”相连，主回路的“1”用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （2）电阻，电感负载时开关特性测试
将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。
（3）不同栅极电阻时开关特性测试
将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R5＝3kΩ改为R4=27Ω，其余接线与测试方法同上。
3．并联缓冲电路作用测试
（1）将IGBT部分的“18”与“19”相连，IGBT部分的“17”与“20”相连。 （2）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。
（3）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。 4．过流保护性能测试，栅计电阻用R4
在上述接线基础上，将“4”与“5”，“6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间
2
波形，然后将“10”与“18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。
3. 绘出电阻负载，电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形，并在图上标出
tON 与tOFF。
4. 绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明
并联缓冲电路的作用。
5. 过流保护性能测试结果，并对该过流保护电路作出评价。
3
实验二 三相桥式全控整流电路实验
一．实验目的
1．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。 2．了解集成触发器的调整方法及各点波形。
二．实验内容
1．三相桥式全控整流电路
2．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。
三．实验方法
1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）主电路未通电，接通MCL一32T电源控制屏的“低压直流电源”开关,将MCL-31板上的直流低压电源引到MCL-33板上.
（2）用示波器观察MCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（4）将MCL-33板上的Ublf接地，接通“低压直流电源”，用示波器的一个探头逐个观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲。（注意：此时要逐个测试，不得同时观察两个晶闸管上的脉冲）
注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”（处于弹起状态）。
（5）将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=150o。具体方法为：用双踪示波器的一路接U相同步电压，另一路接1#脉冲孔的触发脉冲，调节偏移电压Ub电位器，使得脉冲出现的位置刚好对应于U相同步电压的150o位置。（注意：示波器两路输入的横轴必须重合，否则将会产生误差） 2．三相桥式全控整流电路
按图4-12接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大(450)。
调节Uct（即给定器输出Ug电位器），使在30o~90o范围内（具体方法和1中的（5）相同），用示波器观察记录=30O、60O、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
3．电路模拟故障现象观察。
（1）在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关（依次按下触发脉冲
4
的六个开关中其中一个），则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并分别记录此时的ud波形。
（2）断开两只晶闸管元件的触发脉冲开关（任意按下触发脉冲六个开关中其中两个），观察并分别记录此时的ud波形。
（3）断开三只晶闸管元件的触发脉冲开关（任意按下触发脉冲六个开关中其中三个），观察并分别记录此时的ud波形。
四．实验报告
1．画出电路的移相特性Ud=f()曲线；
2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）；
3．画出三相桥式全控整流电路时，角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形；4．画出模拟故障的波形图并简单分析模拟故障现象。
5
实验三 直流斩波电路的性能研究
一．实验目的
熟悉降压斩波电路（Buck Chopper）和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。
二．实验内容
1．SG3525芯片的调试。
2．降压斩波电路的波形观察及电压测试。 3．升压斩波电路的波形观察及电压测试。
将扭子开关S1打向“直流斩波”侧，S2电源开关打向“ON”，将“3”端和“4”端用导线短接，用示波器观察“1”端输出电压波形应为锯齿波，并记录其波形的频率和幅值。
扭子开关S2扳向“ON”，用导线分别连接“5”、“6”，用示波器观察“5”端波形，并记录其波形、频率、幅度，调节“脉冲宽度调节”电位器，记录其最大占空比和最小
7
占空比。
Dmax=
Dmin=
2．实验接线图见图5—12（接线时请断开电源，即把钥匙开关关闭）。
（1）切断MCL-16主电源，分别将“主电源2”的“1”端和“直流斩波电路”的
四．注意事项
（1）“主电路电源2”的实验输出电压为15V，输出电流为1A，当改变负载电路时，注意R值不可过小，否则电流太大，有可能烧毁电源内部的熔断丝。
（2）实验过程当中先加控制信号，后加“主电路电源2”。
（3）做升压实验时，注意“PWM波形发生器”的“S1”一定要打在“直流斩波”，如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2” 内部的熔断丝。
五．实验报告
1．分析PWM波形发生的原理
2．记录在某一占空比D下，降压斩波电路中，MOSFET的栅源电压波形，输出电压u0波形，输出电流i0的波形，并绘制降压斩波电路的Ui/Uo-D曲线，与理论分析结果进行比较，并讨论产生差异的原因。
9
实验四 单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的
熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验内容
1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。
三．实验设备及仪器
1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．MCL-16组件。
3．电阻、电感元件(MEL-03、700mH电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。
10
单相交直交变频电路的主电路如图5—13所示。
本实验中主电路中间直流电压ud由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A的IGBT单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET和IGBT专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图5—12所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制VT1、VT4和VT2、VT3两对IGBT。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz。
五．实验方法
2（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。
（4）观察对VT1、VT2进行控制的SPWM信号（“5”端与“地”端）和对VT3、VT4进行控制的SPWM信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端
11
防号之间的互锁延迟时间。
2．驱动信号观察
在主电路不接通电源情况下，S3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM波形发生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。
3．S3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连， “主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱 （将一组900Ω/0.41A并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω） 和直流安培表（将量程切换到2A挡）。将经检查无误后，S3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。
4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。
六．注意事项
1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。
2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。
七．实验报告
1．绘制完整的实验电路原理图。
2．电阻负载时，列出数据和波形，并进行讨论分析。 3．电阻电感负载时，列出数据和波形，并进行讨论及分析。 4．分析说明实验电路中的PWM控制是采用同步调制还是异步调制。 5．为使输出波形尽可能的接近正弦波，可以采取什么措施。
6．分析正弦波与三角波之间不同的载波比情况下的负载波形，理解改变载波比对输出功率管和输出波形的影响。
12