功率场效应管MOSFET特性与驱动电路研究.docx
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功率场效应管MOSFET特性与驱动电路研究
专业：
电子信息工程
姓名：
学号：
日期：
2011年
地点：
教二
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
（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/mA
Vgs/V
0
2.65
0.26
2.718
1
2.82
2.23
2.91
7.37
3.012
21.8
3.1
59.1
3.16
176.5
3.27
245
3.29
734
3.36
1048
3.4
1370
3.44
因此，开启电压测量为：
VGS（th）=2.85V
1.2跨导gm测量
根据公式计算跨导如下表：
Vgs
Gm
2.65
5.2
2.7
6.166667
2.82
13.66667
2.91
50.39216
3.012
163.9773
3.1
621.6667
3.16
1067.273
3.27
3425
3.29
6985.714
1.3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
VDS
ID
VDS
ID
VDS
ID
0.29
8.21
0.25
21.4
0.244
23.6
0.46
8.74
0.53
47.8
0.54
56.4
0.68
9.04
0.78
68.6
1
98.7
1.76
9.59
0.98
86.8
1.5
146.3
2.6
9.81
1.16
101.7
2.02
195
4.2
10.11
1.5
124.6
3.02
289
6.48
10.43
1.83
137.5
4
374
9.19
10.8
2.25
146.8
5.1
482
10.51
10.96
3.35
157.7
6.23
587
11.04
11.04
5.91
174.9
8.92
834
12.97
11.31
8.05
190.4
10.42
973
13.93
11.46
10.82
213
12.5
1155
15.87
11.74
12.66
237
14.58
1227
17.11
11.82
14.43
261
18
1265
18.21
11.92
15.06
279
19.27
12.1
19.01
372
20.48
499
（2）反向输出特性曲线测量
测量结果如下：
VDS
ID
0.246
23.6
0.562
53.4
0.8
75.1
1.31
107.5
1.303
125.9
1.52
147.5
1.85
177
2.07
198.1
2.36
225.7
2.58
246.6
2.84
273
3.41
326
3.65
350
4.22
403
4.82
461
5.5
525
6.06
578
7.05
672
7.63
727
8.54
812
9.54
910
10.1
959
11.35
1076
13
1222
15.42
1447
17.3
1613
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：
1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=360us
3、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。
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