電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--mosfet降壓斬波電路設(shè)計(jì)純電阻負(fù)載(編輯修改稿)
2024-09-07 03:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣；(5)具有靈敏的過流保護(hù)能力。而電力MOSFET 是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率?。坏诙€(gè)顯著特點(diǎn)是開關(guān)速度快、工作頻率高。但是電力MOSFET電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過10Kw 的電力電子裝置。在功率變換裝置中,根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、驅(qū)動要求及電力MOSFET 管開關(guān)特性,選擇驅(qū)動芯片IR2110 來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動。芯片IR2110 管腳及內(nèi)部電路圖如下圖4 所示。圖4 IR2110 管腳及內(nèi)部電路圖 驅(qū)動電路原理IR2110 內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入、電平平移及輸出保護(hù)。IR2110 驅(qū)動半橋的電路如圖所示，其中C1，VD1分別為自舉電容和自舉二極管，C2 為VCC的濾波電容。假定在S 關(guān)斷期間C1已經(jīng)充到足夠的電壓（VC1 VCC）。當(dāng)HIN 為高電平時(shí)如下圖42 ，VM1開通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的柵極和源極之間，C1 通過VM1，Rg1和柵極和源極形成回路放電，這時(shí)C1就相當(dāng)于一個(gè)電壓源，從而使S1導(dǎo)通。由于LIN與HIN是一對互補(bǔ)輸入信號，所以此時(shí)LIN為低電平，VM3關(guān)斷，VM4導(dǎo)通，這時(shí)聚集在S2柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過Rg2迅速對地放電，由于死區(qū)時(shí)間影響使S2 在S1 開通之前迅速關(guān)斷。圖5 IR2110 驅(qū)動半橋電路設(shè)計(jì)驅(qū)動電路如圖6所示.圖6 驅(qū)動電路圖 MOSFET簡介MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體），F(xiàn)ET（Field Effect Transistor場效應(yīng)晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體（S）的場效應(yīng)晶體管。 功率場效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,簡稱功率MOSFET（Power MOSFET）。結(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT）。其特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。 功率MOSFET的種類：按導(dǎo)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(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道，增強(qiáng)型；對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道，功率MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。 功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號如圖1所示；其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?，功率MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET, （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。 MOSFET的結(jié)構(gòu)與電氣圖形符號如圖7所示。圖7 MOSFET的結(jié)構(gòu)與電氣圖形符號按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Doublediffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論。電力MOSFET也是多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多個(gè)小MOSFET元組成。每個(gè)元的形狀和排列方法，不同生產(chǎn)廠家采用了不同的設(shè)計(jì)，甚至因此對其產(chǎn)品去了不同的名稱。具體的單元形狀有六邊形、正方形等，也有矩形單元按“品”字型排列的截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面 當(dāng)UGS大于UT（開啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。根據(jù)設(shè)計(jì)要求可選大小為的直流電壓源，如果選取降壓斬波電路的占空比為，則輸出電壓，輸出功率
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