【文章內容簡介】 MOSFET柵極電荷和導通阻抗S是選擇管子的重要一部分，是因為二者都對電源的效率有直接的影響。對效率有影響的損耗主要分為兩種形式傳導損耗和開關損耗。柵極電荷是產(chǎn)生開關損耗的主要原因。柵極電荷單位為納庫侖(nc)，是MOS管柵極充電放電所需的能量。柵極電荷和導通阻抗RDS(ON) 在半導體設計和制造工藝中相互關聯(lián)，一般來說，器件的柵極電荷值較低，其導通阻抗參數(shù)就稍高。開關電源中第二重要的MOS管參數(shù)包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。某些特殊的拓撲也會改變不同MOS管參數(shù)的相關品質，例如，可以把傳統(tǒng)的同步降壓轉換器與諧振轉換器做比較。諧振轉換器只在VDS (漏源電壓)或ID (漏極電流)過零時才進行MOS管開關，從而可把開關損耗降至最低。這些技術被成為軟開關或零電壓開關(ZVS)或零電流開關(ZCS)技術。由于開關損耗被最小化，RDS(ON) 在這類拓撲中顯得更加重要。低輸出電容(COSS)值對這兩類轉換器都大有好處。諧振轉換器中的諧振電路主要由變壓器的漏電感與COSS決定。此外，在兩個MOS管關斷的死區(qū)時間內，諧振電路必須讓COSS完全放電。 本設計MOSFET：由于所承受的電壓為57V。故選取最大耐壓值為100V，額定電流為60A的SUM60N10。 (4) 主變壓器：由AP法公式，求得AP=、PC40作為變壓器的鐵芯，其AP=；由，求得原邊匝數(shù)為：8匝，副邊：，求得副邊匝數(shù)為14匝。由J=， ，考慮肌膚效應采用4 并饒。 ，考慮肌膚效應采用 。(5)在典型的降壓拓撲結構電路中，當開關管（Q1）閉合時，電流開始通過這個開關流向輸出端，并以某一速率穩(wěn)步增大，增加速率取決于電路電感。根據(jù)楞次定律，di=E*dt/L，流過電感的電流所發(fā)生的變化量等于電壓乘以時間變化量，再除以這個電感值。由于流過負載電阻RL的電流穩(wěn)定增加，輸出電壓成正比增大。在達到預定的電壓或電流限值時，控制集成電路將開關斷開，從而使電感周圍的磁場衰減，并使偏置二極管D1正向導通，從而繼續(xù)向輸出電路供給電流，直至開關再度接通。這一循環(huán)反復進行，而開關的次數(shù)由控制集成電路來確定，并將輸出電壓調控在要求的電壓值上。電感值對于在開關斷開期間保持流向負載的電流很關鍵。所以必須算出保持降壓變換器輸出電流所必需的最小電感值，以確保在輸出電壓和輸入電流處于最差條件下，仍能夠為負載供應足夠的電流。本設計濾波電感：由,ION=3A得IOC= 。 =得到L=496uH。 選擇磁芯77439A7，相對磁導率Ur為60 Al=135 OD= ID= Ht== 采用1mm。(6) 濾波電容紋波：由于直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。為了達到設計要求，使電源是一個直流穩(wěn)壓電源，為了使輸入電源和負載等條件變化時對輸出造成最小的影響，可以通過減小電源的導線電阻，濾波電路，增加容性負載能力，通過取樣進行比較放大，調節(jié)輸出，使輸出保持穩(wěn)定。 由公式 求得C=470uF[11]。圖31 主回路 控制電路設計與參數(shù)計算 ，故可選擇SG3525作為控制芯片。若采用直接驅動MOSFET可能由于G極電壓低于S極，而無法驅動MOSFET，因此采用變壓器隔離驅動。為能達到使輸出電壓030V可調，輸出電流03A可調的目的，需要使誤差放大器的基準從零開始變化，而SG3525內部誤差放大器的基準無法調到0V ，故采用外接的運放作為誤差放大器使用。采用外接正負電源的運放作為誤差放大器，其基準由SG3525的16腳輸出的5V外接電位器提供。 頻率的確定：設定開關頻率為71KHz 由SG3525可得其CT=102 RT=10K RD=10。采樣電阻的確定，由在基準為5V時輸出電壓為30V， 和23K串聯(lián)分壓，如圖32所示。圖32 控制電路圖33 控制電路驅動波形隔離驅動變壓器如圖34所示：若采用直接驅動MOSFET可能由于G極電壓低于S極，而無法驅動MOSFET，因此采用變壓器隔離驅動。為了保證MOSFET完全導通，設計變壓器匝比為30:40:40[19] 。 圖34 隔離驅動變壓器 輔助電源電路設計與參數(shù)計算 參數(shù)計算 輔助電路采用反激式開關電源，輸出為一個5V，一個是12V，一個是12V，由UC3843控制，開關頻率為82KHz，如圖35所示。 反激變壓器的計算 （1）原邊匝數(shù)Np: 求得Np=22。 （2）原邊電感量Lp： 求得Lp=。(3) 5V輸出副邊匝數(shù)Ns5: 求得Ns5=6。 (4) 12V輸出副邊匝數(shù)Ns12： 求得Ns12=11。 同理可得12V輸出繞組：Ns12=11。(5) 輔助繞組匝數(shù) 求得Naux=14。(6) 啟動電阻 求得R=22K。(7) RT CT選取 由公式 及f=82KHz 綜合考慮選取RT=10K CT=222，原邊峰值電流采樣電阻推出 R=。 圖35 輔助電源主電路 吸收回路電路的設計 吸收電路它由電阻Rsn、電容Csn和二極管VDs構成。電阻Rs也可以與二極管VDs并聯(lián)連接。吸收電路對過電壓的抑制要好于吸收電路，與電路相比Vce升高的幅度更小。由于可以取大阻值的吸收電阻，在一定程度上降低了損耗。 吸收回路原理若開關斷開，蓄積在寄生電感中能量通過開關的寄生電容充電，開關電壓上升。其電壓上升到吸收電容的電壓時，吸收二極管導通，開關電壓被吸收二極管所嵌位，約為1V左右。寄生電感中蓄積的能量也對吸收電容充電。開關接通期間，吸收電容通過電阻放電，如圖36所示。 本設計吸收電阻 求得Rsn=。 吸收電容 求得Csn=103/1KW。圖36 吸收回路 MOSFET的選擇 功率MOSFET的種類：按導電溝道可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為；耗盡型；當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道，增強型；對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道，功率MOSFET主要是N溝道增強型。功率MOSFET的內部結構，其導通時只有一種極性的載流子（多子）參與導電，是單極型晶體管。導電機理與小功率MOS管相同，但結構上有較大區(qū)別，小功率MOS管是橫向導電器件，功率MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET。本設計由于MOSFET所承受的電壓為200V選擇IRF640。 續(xù)流二極管的選擇 續(xù)流二極管都是并聯(lián)在線圈的兩端，線圈在通過電流時，會在其兩端產(chǎn) 生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線 兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。 在電路中反向并聯(lián)在繼電器或電感線圈的兩端，當電感線圈斷電時其兩端的電動勢并不立即消失，此時殘余電動勢通過一個二極管釋放，起這種作用的二極管叫續(xù)流二極管。其實還是個二極管只不過它在這起續(xù)流作用而以，經(jīng)常和儲能元件一起使用，防止電壓電流突變，提供通路。電感可以經(jīng)過它給負載提供持續(xù)的電流，以免負載電流突變，起到平滑電流的作用！在開關電源中，就能見到一個由二極管和電阻串連起來構成的的續(xù)流電路。這個電路與變壓器原邊并聯(lián)。當開關管關斷時，續(xù)流電路可以釋放掉變壓器線圈中儲存的能量，防止感應電壓過高，擊穿開關管。 本設計為考慮提高效率，使用MBR20100[10]。第4章 測試分析 測試方法 采用外接滑動變阻器作為負載測試輸出電流，帶負載能力，記錄并計算效率，采用示波器測量輸出紋波電壓，輸出波形，改變采樣電路反饋環(huán)節(jié)中的滑動變阻102阻值從而改變輸出電壓、電流的變化。 測試儀器 萬用表 、示波器、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓源、電流表、電壓表。 測試數(shù)據(jù) 輸出電壓 ：0—30V、輸出電流 ：0—3A、電壓紋波噪聲：400mV、效率≥70%。 測試結果分析 這次設計制作的可變電壓電源是成功的，在輸出端可以輸出310V的電壓并且是穩(wěn)定的各點的參數(shù)也符合要求。但是這個過程中出現(xiàn)了一個錯誤因為沒有齊納二極管所以買了一個發(fā)光二極管來代替器材，買完之后就開始焊接沒有去深入探討。所以一直是根據(jù)設計的圖來焊接的最后焊接完成之后測試卻不能達到效果調節(jié)電位器電壓的變化范圍，只有零點伏而且總在4V左右變化。沒有得到結果只好深入電路圖，最后發(fā)現(xiàn)買的發(fā)光二極管反接的，因為書上的齊納二極管是反接的，但沒有去想這二者是不一樣的，發(fā)光二極管只有在導通是的壓降才會等于2V左右，但齊納二極管是反相時穩(wěn)定2V左右的電壓這里便是一個很關鍵的地方，只好把發(fā)光二極管拆下來重新正相焊接上去。再經(jīng)過測試輸出電壓可以在310V之間變化也是穩(wěn)定輸出的， 通過這次的設計制作我又得到了一個教訓。當給定的器材不一樣時要適當?shù)剡M行探討原理圖是否還可以照用還是要經(jīng)過變化才可以用的，不能照著書上的一路走下去，要學會思考變化之后的影響，對每一個細節(jié)都要進行深入的探討，這樣才不容易犯錯?；就瓿稍O計要求，仍有改進空間。第5章 芯片簡介 主控芯片G3525簡介隨著電能變換技術的發(fā)展，功率MOSFET在開關變換器