功率電子線路ppt課件(2)(已修改)
2025-01-26 09:25 本頁(yè)面
【正文】 第 1 章 功率電子線路 功率電子線路概述 功率放大器的電路組成和 工作特性 乙類推挽功率放大電路 功率電子線路概述 作用： 高效地實(shí)現(xiàn)能量變換和控制。 種類： 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和處理對(duì)象不同 (1) 功率放大電路： 放大器的一類。用于通信、音像等電子設(shè)備。 (2) 電源變換電路： 對(duì)電源能量進(jìn)行特定變換。用于電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制。 功率放大器 與其它放大器相比 相同點(diǎn)： 均在輸入信號(hào)作用下，將直流電源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率。 不同點(diǎn)： 性能要求和運(yùn)用特性不同。 一、功率放大器的性能要求 1. 安全。 輸出功率大，管子大信號(hào)極限條件下運(yùn)用。 2. 高效率。 用 ηc 集電極效率 (Collector Efficiency) 衡量轉(zhuǎn)換效率： CooDoc PPPPP????Po —— 輸出信號(hào)功率 (Output Signal Power)； 式中： PD —— 電源提供的功率； PC —— 管耗 (Power Dissipation) Po 一定 ， ηc 高 → PD 小 → PC 小 → 可選 PCM 小 的管子，以降低費(fèi)用。 3. 失真小。 輸出功率越大，相應(yīng)的動(dòng)態(tài)電壓電流越大，器件特性非線性引起的非線性失真也越大。除采用反饋技術(shù)外，還必須限制輸出功率。 作為 放大器 ， 功率增益 是重要的性能指標(biāo)，但與上述 三個(gè)要求 相比， 安全、高效和小失真 是 第一位 的。 功率增益 可用 增加前置級(jí)的級(jí)數(shù) 或 提高相應(yīng)的增益 來 彌補(bǔ) 。 二、功率放大器的分類 1. 功率管的運(yùn)用狀態(tài) 根據(jù) 功率管 在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率管運(yùn)用狀態(tài) 可分為 甲類、乙類、甲乙類、丙類 等多種。 功率管運(yùn)用狀態(tài) 通常靠 選擇靜態(tài)工作點(diǎn) 來實(shí)現(xiàn)。 甲類： 功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 (如小信號(hào)放大 )。 乙類： 功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 甲乙類： 管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 丙類： 功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 2. 不同運(yùn)用狀態(tài)下的 ηC 管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 ηCmax 也不同。 Cooc PPP???減小 PC 可提高 ηC。 假設(shè) 集電極瞬時(shí)電流和電壓 分別為 iC 和 vCE，則 PC 為 ?? π2o CECC dπ2 1 tviP ?討論： 若減少 PC，則要減少 iC vCE 途徑 1： 由 甲類 → 甲乙類 → 乙類 → 丙類 ，減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即增大 iC ＝ 0 的時(shí)間。 效率： 甲類 甲乙類 乙類 丙類 途徑 2： 使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài) (又稱丁類 )； 管子在 半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通 ， 另半個(gè)周期內(nèi)截止 。 飽和導(dǎo)通時(shí)， vCE ≈ vCE (sat) 很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗 iC vCE 處在很小的值上。 截止時(shí)， 不論 vCE 為何值，iC 趨于 0， iC vCE 也處在零值附近。結(jié)果 PC 很小， ηC 顯著增大。 總結(jié)： 為提高集電極效率， 管子的運(yùn)用狀態(tài) 從 甲類向乙類、丙類 或 開關(guān)工作的丁類轉(zhuǎn)變 。但隨著效率的提高， 集電極電流波形失真嚴(yán)重 ，為實(shí)現(xiàn)不失真放大，在電路中需采取特定措施。 電源變換電路 功率器件 功率管 是 功率放大電路的關(guān)鍵器件， 如何選擇功率管的運(yùn)用狀態(tài)，并保證它們安全工作是需要共同解決的問題。為此，必須 首先了解功率器件的極限參數(shù)及安全工作區(qū)。 雙極型功率晶體管的安全工作 受到 三個(gè)極限參數(shù)的限制： (1) 集電極最大允許管耗 PCM。還與散熱條件密切相關(guān) (2) 集電極擊穿電壓 V(BR)CEO (3) 集電極最大允許電流 ICM 以上與 功率管的結(jié)構(gòu)，工藝參數(shù)，封裝形式 有關(guān)。 一、功率管散熱和相應(yīng)的 PCM 耗散在功率管中的功率 PC 主要消耗在集電結(jié)上，造成集電結(jié)發(fā)熱，結(jié)溫升高。 PCM的關(guān)系 thRaTjMTCMP?? 金屬底座又與管殼相連的結(jié)構(gòu)。此外，金屬底座還加裝金屬散熱器(如圖 ) (a) (b) 功率管底座上加裝散熱器 (c) 相應(yīng)的熱等效電路 實(shí)踐中，為了利于集電結(jié)的散熱，以提高 PCM，雙極型功率管都采用集電極直接固定在金屬底座上， 散熱器： 翼狀結(jié)構(gòu)，以增大散熱面積。面積越大，厚度越厚，材料的導(dǎo)熱率越高，散熱效果越好。 二、二次擊穿 要保證功率管安全工作， 除滿足由 PCM、 ICM 和V(BR)CEO 所規(guī)定的安全工作條件外，還要求 不發(fā)生二次擊穿
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