【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 SFET ，其不同點(diǎn)在于 IGBT 是在 N 溝道功率 MOSFET 的 N+ 基板（漏極）上增加了一個(gè) P+ 基板（ IGBT 的集電極），形成 PN 結(jié) j1 ，并由此引出漏極、柵極和源極則完全與 MOSFET 相似。 與 MOSFET相比， IGBT模塊的容量可以達(dá)到 2700V1200A，但由于雙極晶體管的存在，在關(guān)斷過(guò)程中存在明顯的電流拖尾，因此，開(kāi)關(guān)頻率通常限制在 20kHz以下，目前很少在開(kāi)關(guān)電源中使用。主要用于 UPS、逆變器或大型整流設(shè)備中 2022/2/10 23 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 快恢復(fù)二極管 快恢復(fù)二極管 FRD（ Fast Recovery Diode）具有開(kāi)關(guān)特性好，反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。超快恢復(fù)二極管 SRD（ Superfast Recovery Diode），則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其反向恢復(fù)時(shí)間 trr值已接近于肖特基二極管的指標(biāo)。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在 P型、 N型硅材料中間增加了基區(qū) I，構(gòu)成 PIN硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了 trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為 ，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其 trr可低至幾十納秒 。 2022/2/10 24 理想的開(kāi)關(guān)元件是導(dǎo)通時(shí)開(kāi)關(guān)的電阻或電壓為零，關(guān)斷時(shí)開(kāi)關(guān)的電阻為無(wú)窮大。但實(shí)際的開(kāi)關(guān)元件總是存在一定導(dǎo)通電阻或?qū)妷?，并且在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)存在一定的延時(shí)，因此，開(kāi)關(guān)元件在工作過(guò)程中存在損耗。 開(kāi)關(guān)元件的耗散功率由兩個(gè)部分組成：通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗，開(kāi)關(guān)損耗又分為開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗。 1）通態(tài)損耗：是由于開(kāi)關(guān)元件存在的導(dǎo)通電阻或?qū)妷阂鸬?，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，通態(tài)損耗為： E1=IC2RDSton 或 E1=ICVCEton 其中 IC是開(kāi)關(guān)元件的電流， RDS是 MOSFET的通態(tài)電阻， VCE是 IGBT的通態(tài)壓降， ton是開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間。 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 開(kāi)關(guān)元件的損耗 2022/2/10 25 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 開(kāi)關(guān)器件的功率損耗 2）開(kāi)關(guān)損耗 2022/2/10 26 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 基準(zhǔn)電壓和反饋信號(hào)通過(guò)誤差放大器后輸出差值信號(hào) Vc， Vc與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波 Vs進(jìn)行比較，從而改變 PWM脈沖的寬度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。 某些控制器僅有一個(gè)輸出端，主要用于單端電路，而用于雙端電路的控制器都設(shè)有采用觸發(fā)器和玉門電路組成的相位分離器，將單一脈沖變換為交替變化的二路脈沖輸出，用于驅(qū)動(dòng)橋式變換器和推挽變換器的開(kāi)關(guān)管，此時(shí)，變換器的工作頻率等于振蕩器頻率的一半。 2022/2/10 27 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) PWM集成控制器的基本原理（ UC3825A） 2022/2/10 28 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 開(kāi)關(guān)電源的并聯(lián)均流 在實(shí)際應(yīng)用中，往往由于一臺(tái)直流電源的輸出參數(shù)（如電流、功率）不能滿足要求，而滿足這種參數(shù)要求的直流電源，存在重新開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的過(guò)程，勢(shì)必加大電源的成本、延長(zhǎng)交貨時(shí)間、影響工程進(jìn)度。因此在實(shí)用中往往采用模塊化的構(gòu)造方法，采用一定規(guī)格系列的模塊式電源，按照一定的并聯(lián)方式，分別達(dá)到輸出電流、輸出功率擴(kuò)展的目的。 但是電源輸出參數(shù)的擴(kuò)展，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的并聯(lián)方式不能完全保證整個(gè)擴(kuò)展后的電源系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。 均流的主要任務(wù)是： （ 1）當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，每臺(tái)電源的輸出電壓變化相同。 （ 2）使每臺(tái)電源的輸出電流按功率份額均攤。 2022/2/10 29 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 平均電流型自動(dòng)均流原理 采用一個(gè)窄帶電流放大器，輸出端通過(guò)阻值為 R的電阻連到均流母線上， n個(gè)單元采用 n個(gè)這種結(jié)構(gòu)。 當(dāng)輸出達(dá)到均流時(shí)，電流放大器輸出電流 I1為零，這時(shí) IO1處于均流工作狀態(tài)。反之，在電阻 R上產(chǎn)生一個(gè) Uab，由這個(gè)電壓控制 A1，由 A1再控制單元功率級(jí)輸出電流，最終達(dá)到均流。 特點(diǎn) 均流效果較好，易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確均流。均流模塊數(shù)理論上可以不限。 如均流母線短路或任一單元不工作時(shí)，母線電壓下降，使每個(gè)單元輸出電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限。并且當(dāng)某一單元的電流上升至 Iomax時(shí)，電流放大器輸出電流也達(dá)到極限值，同時(shí)致使其它單元輸出電壓自動(dòng)下降。 為保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，要限制最大調(diào)節(jié)范圍，要將所有電壓調(diào)節(jié)到電壓捕捉范圍以內(nèi)。如果有一個(gè)模塊均流線短路，則系統(tǒng)無(wú)法均流。單個(gè)模塊限流也可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。在大系統(tǒng)中，系統(tǒng)穩(wěn)定性與負(fù)載均流瞬態(tài)響應(yīng)的矛盾很難解決。 2022/2/10 30 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ) 最大電流自動(dòng)均流原理： 將平均電流自動(dòng)均流電路中的電阻 R用一個(gè)二極管代替，二極管陽(yáng)極接 a，陰極接 b。只有當(dāng) n個(gè)單元中輸出電流最大的一個(gè)電流放大器輸出才能使二極管導(dǎo)通，從而影響均流母線電壓，進(jìn)而達(dá)到該單元均流調(diào)節(jié)作用。這種方法一次只有一個(gè)單元參與調(diào)節(jié)工作。 特點(diǎn)： 參與調(diào)節(jié)的單元由 n個(gè)單元中的最大輸出電流單元決定，一次只有這個(gè)最大輸出電流單元工作，這個(gè)最大電流單元是隨機(jī)的，所以有人把這種均流方法叫做“民主均流法”。又由于一旦最大均流單元工作，它處于主控狀態(tài)，別的單元?jiǎng)t處于被控狀態(tài)，因此又有人把這種方法叫做“自動(dòng)主 /從控制法”。 由于二極管總有正向壓降，因而主單元均流總有誤差，而從單元的均流效果是較好的。最大均流法的其它特點(diǎn)和平均電流法的特點(diǎn)相似。 2022/2/10 31 開(kāi)關(guān)電源的可靠性 平均無(wú)故障工作時(shí)間（ MTBF）： 對(duì)于不可修復(fù)的設(shè)備， MTBF指設(shè)備失效前的時(shí)間；對(duì)于發(fā)生故障經(jīng)修理后能繼續(xù)工作的可維修設(shè)備， MTBF指兩次故障間的平均時(shí)間。 故障率（ λ ）： 故障率是指 t時(shí)刻尚未失效的設(shè)備在隨后的 dt時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的條件概率，在指數(shù)分布時(shí)，設(shè)備的故障率為常數(shù)，用 λ表示。 MTBF與故障率之間有如下關(guān)系： ?1?M T B F2022/2/10 32 開(kāi)關(guān)電源的可靠性 修復(fù)率及 平均修復(fù)時(shí)間（ MTTR） 設(shè)備的修復(fù)率是單位時(shí)間內(nèi)完成修理的瞬時(shí)概率，對(duì)于指數(shù)分布的場(chǎng)合，修復(fù)率是一個(gè)常數(shù)，用 μ表示。其倒數(shù)是平均修復(fù)時(shí)間（ MTTR），即： 對(duì)于一旦損壞便不能再用的設(shè)備來(lái)說(shuō)，平均無(wú)故障工作時(shí)間或故障率完全可以描述其可靠性。 但對(duì)于可修復(fù)的設(shè)備，不但要求單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障的次數(shù)要少，即 MTBF要長(zhǎng)，而且要求出現(xiàn)故障后能迅速修復(fù)。 ?1?M T T R2022/2/10 33 開(kāi)關(guān)電源的可靠性 開(kāi)關(guān)電源可靠性取決于所有元件的可靠性。對(duì)于單臺(tái)開(kāi)關(guān)電源，雖然可以通過(guò)改善電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及元器件選擇等措施在一定程度上提高其可靠性，但可靠性的提高是以成本、體積等方面作為代價(jià)，況且這種提高方式并不具有很大的挖掘潛力。如果將充電裝置看作是由多個(gè)電源模塊組成的系統(tǒng)，從系統(tǒng)的角度來(lái)看，一味提高單臺(tái)開(kāi)關(guān)電源模塊本身的高可靠性并不是解決系統(tǒng)可靠性的根本途徑。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路著重于提高單臺(tái)電源的