【文章內(nèi)容簡介】 能充分利用。而單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小 ，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。單相橋式全控整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路 2 倍，在相同的負(fù)載下流過晶閘管的平均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。 單相橋式半波相控整流電路因其性能較差，實(shí)際中很少采用，在中小功率場合采用更多的是單相橋式全控整流電路。 根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相橋式全控整流電路，負(fù)載為阻感性負(fù)載在生產(chǎn)實(shí)踐中，除了電阻性負(fù)載外， 最常見的負(fù)載還有電感性負(fù)載， 如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，整流電路中串入的濾波電抗器等。 為了便 于分析和計(jì)算， 在電路圖中將電阻和電感分開表示。 當(dāng)整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)，整流工作的物理過程和電壓、 電流波形都與帶電阻性負(fù)載時(shí)不同。因?yàn)殡姼袑?duì)電流的變化有阻礙作用，即電感元件中的電流不能突變，當(dāng)電流變化時(shí)電感要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后于電壓的變化。電路波形圖中： (b) 電源電壓； (c) 觸發(fā)脈沖； (d) 輸出電壓； (e) 輸出電流； (f) 晶閘管 V1 , V4 上的電流； (g) 晶閘管 V 2 , V 3 上的電流； (h) 變壓器副邊電流； (i) 晶閘管 V1 , V4 上的電壓 。 7 圖 31 單相全控橋式整流電路電感性負(fù)載及其波形 參數(shù)計(jì)算 負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，整流電壓平均值可按下式計(jì)算： 輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導(dǎo)電，一個(gè)周期中各導(dǎo)電 180176。 ， 且與 α 無關(guān)， 變壓器二次繞組中電流 i2的波形是對(duì)稱的正、負(fù)方波。負(fù)載電流的平均值 Id 和有效值 I相等，其波形系數(shù)為 1。在這種情況下： 當(dāng) α=0176。 時(shí)， Ud=； 當(dāng) α=90176。 時(shí)， Ud=0，其移相范圍為 90176。 。 晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。流過每個(gè)晶閘管的電流平均值和有效值分別為 。 ?????? ??? c os22)(s i n21 222 UUttdUU d ??? ? ?T＋－u2＋－u1i2V2V1V4V3udidR( a )( b)( c)( d)( e)( f)L( g)( h)( i)u20?? tug0 ? t1? t2? tud0 ? t0id? tiV 1,40iV 2,30? t? ti20uV 1,40? t? t 8 流過負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析。此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動(dòng)系數(shù)S。 功率變換電路 MOS 管工作原理 NMOS 的特性是 Vgs 大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到 4V或 10V就可以了。開機(jī)后，交流電通過整流濾波后一路通過變壓器初級(jí)加到開關(guān)管 Q2漏極 (D 極，另一路通過啟動(dòng)電阻 R R3加到 Q2柵極 (G極 )，從而使開關(guān)管 Q2導(dǎo)通 .導(dǎo)通后 ,變壓器 T1原邊產(chǎn)生上正下負(fù) (1正 2負(fù) )的感應(yīng)電動(dòng)勢。由于互感， T1輔助繞組也產(chǎn)生相應(yīng)的下正上負(fù) (3正 4負(fù) )的感應(yīng)電動(dòng)勢。于是 T1的 3腳上的正脈沖電壓通過 C R5加到 Q2的 G 極與 S 極之間，從而使 Q2的漏極電流進(jìn)一步增大，于是開關(guān)管 Q2在正反饋雪崩 過程的作用下迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)。二氧化硅來作為 閘門 極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS)晶體管，或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 MOSFET。因?yàn)?MOS 管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場合取代了雙極型晶體管。 首先考察一個(gè)更簡單的器件－ MOS 電容－能更好的理解 MOS 管。這個(gè)器件有兩個(gè)電極，一個(gè)是金屬，另一個(gè)是襯底，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開圖 31 A。金屬極就是 閘門 ，而半導(dǎo)體端就是 柵極 。他們之間的絕緣氧化層稱為 閘門 電壓來說明。圖31A 中的 MOS 電容的 閘門 電位是 0V。金屬 閘門 和半 導(dǎo)體 柵極 在差異 的 電介質(zhì)（氧化層的上下）上產(chǎn)生了一個(gè)小電場。圖示的器件中，這個(gè)電場使金屬 電子少了，故 閘門 電介質(zhì) 。圖示中的器件有一個(gè)輕摻雜 P 型硅做成 柵極 。這個(gè) MOS 電容的電特性能通過把柵極 接地， 閘門 接不同的 極帶正電）， P 型硅負(fù)電位（相對(duì)電子多了。這個(gè)電場把硅中底層的電子吸引到表面來，它同時(shí)把空穴排斥出表面。這個(gè)電場太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對(duì)器件整體的特性影響也非常小。 dddVVdddVdVIIIIIIII22222122?????????????? 9 圖 31 MOS柵極 的 電容 圖 31中是當(dāng) MOS 電 容的 閘門 相對(duì)于 柵極 正偏置（ PN結(jié)）時(shí)發(fā)生的情況。穿過 閘門 電介質(zhì) 的電場加強(qiáng)了，有更多的電子從襯底被拉了上來。同時(shí)，空穴被排斥出表面。隨著 閘門 電壓的升高，會(huì)出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，硅表層看上去就像 N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為 反型 ，反轉(zhuǎn)的硅層叫做 溝渠 (N Pmos 的命名就是根據(jù)這里來的 )。隨著 閘門 電壓的持續(xù)不斷升高，越來越多的電子在表面積累， 溝渠變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。 溝渠 形成時(shí)的電壓被稱為閾值電壓 Vt。當(dāng) 閘門 和 柵極 之間的電壓差小于閾值電壓時(shí)，不會(huì)形成 溝渠。當(dāng)電壓差超過閾值電壓時(shí) ， 溝渠 就出 現(xiàn)了。（其實(shí)還有個(gè)亞閾值狀態(tài) 柵極電壓 ,此時(shí)也有載流子，也有電子通道，不過很小一般忽略，此時(shí)耗盡層的負(fù)電荷占據(jù)主要，以映像柵上的電壓 )。圖 31 MOS電容（ A）未偏置（ VBG＝ 0V），（ B）反轉(zhuǎn)（ VBG＝ 3V），（ C）積累（ VBG＝ 3V）。 圖 31C中是當(dāng) MOS 電容的 閘門 相對(duì)于柵極 是負(fù)電壓時(shí)的情況（就好像給二極管的 PN結(jié)加上正電壓）。電場反轉(zhuǎn)，往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了，這個(gè)器件被認(rèn)為是處于電荷積累狀態(tài)了。 MOS 電容的特性能被用來形成 MOS 管。圖 31 A是最終器件的截面圖。 閘門 ，電介質(zhì)和 柵極 保持原樣。在 閘門 的兩邊是兩個(gè)額外的選擇性摻雜的區(qū)域。其中一個(gè)稱為 源極 ，另一個(gè)稱為 漏極 。假設(shè) 源極 和 柵極 都接地， 漏極 接正電壓。只要 閘門 對(duì) 柵極 的電壓仍舊小于閾值電壓，就不會(huì)形成 溝渠 。 漏極 和 柵極 之間的 PN結(jié)反向偏置，所以只有很小的電流從 漏極 流向 柵極 。如果 閘門 電壓超過了閾值電壓，在 閘門 電介質(zhì)下就出現(xiàn)了 溝渠 。這個(gè) 溝渠 就像一薄層短接 漏極 和 源極 的 N型硅。由電子組成的電流從 源極 通過 溝渠 流到 漏極 。總的來說，只有在 閘門 對(duì) 源極 電壓 V超過閾值電壓 Vt 時(shí)，才會(huì)有 漏極 電流。 10 圖 32MOSFET晶體管 的結(jié)構(gòu)圖 圖 32 MOSFET 晶體管的截面圖 NMOS（ A）。在圖中， S＝ 源極 ， G=閘門 ,D=漏極 。雖然 柵極 圖上也有，但沒有說明。 MOS 管的 源極 和 漏極 是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在 P 型 柵極 中形成的 N型區(qū)。在多數(shù) 情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。在對(duì)稱的 MOS 管中，對(duì) 源極 和 漏極 的標(biāo)注有一點(diǎn)任意性。定義上，載流子流出 源極 ，流入 漏極 。因此 源極 和 漏極 的身份就靠器件的偏置來決定了。有時(shí)晶體管上的偏置電壓是不定的，兩個(gè)引線端就會(huì)互相對(duì)換角色。這種情況下，電路設(shè)計(jì)師必須指定一個(gè)是 漏極 另一個(gè)則是 源極 。 源極 和 漏極 不同摻雜不同幾何形狀的就是非對(duì)稱 MOS 管。制造非對(duì)稱晶體管有很多理由，但所有的最終結(jié)果都是一樣的。一個(gè)引線端被優(yōu)化作為 漏極 ，另一個(gè)被優(yōu)化作為 源極 。如果 漏極 和 源極 對(duì)調(diào)，這個(gè)器件就不能正常工作了。圖 32 A中的晶體管有 N 型 溝渠 所有它稱為 N 溝渠 MOS管，或 NMOS。 如果這個(gè)晶體管的 閘門 相對(duì)于 柵極 正向偏置，電子就被吸引到表面，空穴就被排斥出表面。硅的表面就積累，沒有 溝渠 形成。如果 閘門 相對(duì)于 柵極 反向偏置，空穴被吸引到表面， 溝渠 形成了 。由于 NMOS 管的閾值電壓是正的， PMOS 的閾值電壓是負(fù)的，所以工程師們通常會(huì)去掉閾值電壓前面的符號(hào)。一個(gè)工程師可能，從 上升到 ” ，實(shí)際上 PMOS 的 Vt 是從 下降到 。 極帶輕微的正電位是因?yàn)橄旅嬉r底 是 P 型的空穴多，電子少，故需要從別處 搶來 電子，所以氧化物處 。 11 常見的原理圖及工作原理 圖 32 功率變換電路 工作原理 :圖 32 的 R C R R C D D2 組成緩沖器，和開關(guān) MOS 管并接，使開關(guān)管電壓應(yīng)力減少， EMI 減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管 Q1 關(guān)斷時(shí)，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從 R3 測得的電流峰值信號(hào)參與當(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng) R5 上的電壓達(dá)到 1V時(shí)， UC3842 停止工作，開關(guān)管 Q1 立即關(guān)斷 。 R1 和 Q1 中的結(jié)電容 CGS、