小功率開(kāi)關(guān)電源課程設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2024-08-31 00:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開(kāi)關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱(chēng)開(kāi)關(guān)損耗。對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開(kāi)關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。 MOSFET 開(kāi)關(guān)電源中的功率開(kāi)關(guān)器件是影響電源可靠性的關(guān)鍵器件。在開(kāi)關(guān)電源中，用作開(kāi)大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非常快的開(kāi)關(guān)速度。MOSFET在大功率開(kāi)關(guān)電源中用作開(kāi)關(guān)，比雙極性功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢(shì)。所有類(lèi)型的有源功率因數(shù)矯正器都是為驅(qū)動(dòng)功率MOSFET而設(shè)計(jì)的。MOSFET功率管的特點(diǎn) 1）MOSFET是電壓控制型器件因此在驅(qū)動(dòng)大電流時(shí)無(wú)需推動(dòng)級(jí)，電路較簡(jiǎn)單 2）輸入阻抗高，可達(dá)108Ω以上； 3）工作頻率范圍寬，開(kāi)關(guān)速度快（開(kāi)關(guān)時(shí)間為幾十納秒到幾百秒）、開(kāi)關(guān)損耗小；4）有較優(yōu)良的線(xiàn)性區(qū)，并且MOSFET 的輸入電容比雙極型的輸入電容小得多，所以它的交流輸入阻抗極高；噪聲也小，5）功率MOSFET 可以多個(gè)并聯(lián)使用，增加輸出電流而無(wú)需均流電阻。 電力二極管 可分為普通二極管，快恢復(fù)二極管，肖特基二極管三種。(1) 普通二極管(General Purpose Diode)普通二極管又稱(chēng)為整流二極管(Rectifier Diode)，多用于開(kāi)關(guān)頻率不高(1kHz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。(2) 快恢復(fù)二極管(FRD)快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過(guò)程很短，特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短的二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)為快速二極管。快速二極管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)。采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(Fast Recovery Epitaxial Diodes，F(xiàn)RED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低( V左右)，但其反向耐壓多在400 V以下?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100 ns以下，有的甚至達(dá)到20~30 ns。(3) 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱(chēng)為肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)，簡(jiǎn)稱(chēng)為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短(10~40 ns)，正向恢復(fù)過(guò)程中不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿(mǎn)足要求，因此多用于200 V以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。3 PWM開(kāi)關(guān)電源的基本原理 在線(xiàn)性電源中，讓功率晶體管工作在線(xiàn)性模式，與線(xiàn)性電源不同的是，PWM開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。在這兩種狀態(tài)中加在功率晶體管上的伏安乘積總是很小的：在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小。功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線(xiàn)性電源相比，PWM開(kāi)關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”——即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓。控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過(guò)程與線(xiàn)性形式的控制器很類(lèi)似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線(xiàn)形調(diào)節(jié)器相同。第4章 具體設(shè)計(jì)1 主電路設(shè)計(jì) 線(xiàn)性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路。作用：把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合要求的開(kāi)關(guān)電源直流輸入電源。① 線(xiàn)性濾波電路 抑制諧波和噪聲。② 浪涌濾波電路 抑制來(lái)自電網(wǎng)的浪涌電流。③ 整流電路： 把交流變?yōu)橹绷鳌? 有電容輸入型、扼流圈輸入型兩種，開(kāi)關(guān)電源多數(shù)為前者。如圖4該濾波器有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，制作使用時(shí)外殼使用金屬屏蔽并接地，電路包括共模電感L、濾波電容器C1~C4。L對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線(xiàn)圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)偶合后總電感量迅速增大，因此共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)。CC4跨接在輸出端，經(jīng)電容分壓后接地，能有效的抑
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