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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì):小功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-08 17:50 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際開關(guān)。 (4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間,需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大,這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。 (5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞,不僅在開關(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),開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過;形成斷態(tài)損耗時(shí),在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗,總稱開關(guān)損耗。對(duì)某些器件來講,驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。 5 器件 TL431 TL431 是一個(gè) 具 有良好 熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓 可以 用兩個(gè)電阻 進(jìn)行分壓調(diào)節(jié),其輸出電壓 可以 設(shè)置到從 Vref( )到 36V 范圍內(nèi)的任何值。 TL431 的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管,例如,運(yùn)放電路、可調(diào) 電 壓源,開關(guān)電源等等 。 TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低, 廣泛應(yīng)用在各種電源電路 中 。 TL431 特點(diǎn): ( 1) 最大 輸出電壓為 37V; ( 2) 電壓參考誤差: 177。 % ,典型值 @25℃ ( TL431B) ; ( 3) 低動(dòng)態(tài)輸出阻抗,典型 ; ( 4) 負(fù)載電流能力 100mA; ( 5) 等效全范圍溫度系數(shù) 50 ppm/℃ 典型 ; ( 6) 溫度補(bǔ)償操作 全額定工作溫度范圍 ; ( 7) 低輸出噪聲電壓 ; ( 8) 輸出電壓范圍為 ; 內(nèi)基準(zhǔn)電壓為 ; (9) 最大工作電流 150mA; RKA 圖 1- 3 TL431 的外觀和管腳 TL431 的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖可以 用圖 14 的功能模塊示意。由圖可 知 ,VI 是一個(gè)內(nèi)部 的基準(zhǔn)源, 其大小為 , 接在運(yùn) 算放大器 的反向輸入端。由運(yùn)放的特 點(diǎn) 可 得 ,只有當(dāng) REF 端 的電壓非常接近 VI( )時(shí),三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過,而且隨著 REF 端電壓的微 6 小變 化 , 通過三極管的電流 將從 1mA 到 100mA 變化。 圖 14 模塊圖 電力二極管 電力二極管 ( Power Diode)自 20 世紀(jì) 50 年代初期就獲得應(yīng)用,當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器,并已開始逐步取代汞弧整流器。 它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的,都以半導(dǎo)體 PN 結(jié)為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)正向?qū)?、反向截止的功能;電力二極管是不可控器件,其導(dǎo)通和關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。 雖 然 不是可控器件,但 它的 結(jié)構(gòu)原理 比較 簡(jiǎn)單,工作可靠 ,所以直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中。 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) 普通二極管又稱為整流二極管 (Rectifier Diode),多用于開關(guān)頻率不 是很 高 (1 kHz 以下 )的整流電路中。 2. 快恢復(fù)二極管 (FRD) 快恢復(fù)二極管(簡(jiǎn)稱 FRD)是一種具有開關(guān)特性好、 反向恢復(fù) 時(shí)間 短特點(diǎn)的 半導(dǎo)體二極管 ,主要應(yīng)用于開關(guān)電源、 PWM 脈寬調(diào)制器、 變頻器 等 電子電路中,作為高頻整流二極管、續(xù)流二 極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通 PN 結(jié)二極管不同,它屬于 PIN 結(jié)型二極管,即在P 型硅材料與 N 型硅材料中間增加了基區(qū) I,構(gòu)成 PIN 硅片。因基區(qū)很薄, 7 反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短, 其恢復(fù)時(shí)間大都低于 5μs, 正向壓降較低, 反向擊穿電壓 (耐壓值)較高。 肖特基 二極管 是以其發(fā)明人肖特基博士( Schottky)命名的,肖特基 二極管 不是利用 P 型半導(dǎo)體與 N 型半導(dǎo)體接觸形成 PN 結(jié)原理制作的,而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的 。 肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多,主要是:反向恢復(fù)時(shí)間 非常 短 只有 10~ 40 ns, 而 正向恢復(fù)過程中不會(huì)有明顯的電壓過沖;在反向耐壓較低的情況下 他的 正向壓降也很小,明顯低于快恢復(fù)二極管;其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小,效率高。 而 肖特基二極管 也有很多 不足之處 :當(dāng)反向耐壓提高時(shí),其正向壓降也會(huì) 升 高 以至于 不能滿足 設(shè)計(jì) 要求,因此 大多 用于 200 V 以下; 肖特基二極管 的 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 。 光耦 PC817 光電耦合器是以光為媒介來傳播電信號(hào)的器件。 PC817 是常用的線性光藕,在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件,具有上下級(jí)電路完全隔離的作用,相互不產(chǎn)生影 響 。 目的在于增加安全性,減小電路干擾,簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí),發(fā)光器發(fā)出光線,照射在受光器上,受光器接受光線后導(dǎo)通,產(chǎn)生光電流從輸出端輸出,從而實(shí)現(xiàn)了 “ 電 光 電 ” 的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)(開關(guān)信號(hào)),不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件,能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào),這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào),從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同,輸出的電壓或電流也隨之不同 ,PC817 光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。主要 應(yīng)用 范圍:開關(guān)電源、適配器、充電器、 UPS、 DVD、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品 。 8 圖 1- 5 PC817 的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 MOSFET 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的 MOS 型,簡(jiǎn)稱電力 MOSFET。其特點(diǎn)是:用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單, 需要的驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性好,電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過 10 kW 的電源電子裝置 。 (a) N 溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖; (b) 電氣圖形符號(hào) 圖 15 電力 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 電力 MOSFET 的種類按導(dǎo)電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道, 當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型;對(duì)于 N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。 如圖 15 所示 , 其中 G 為柵極, S 為源極, D 為漏極。電 力 MOSFET 的工作原理是:在截止?fàn)顟B(tài),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)反偏,漏源極之間無電流流過;在導(dǎo)電狀態(tài),在柵源極間加正電壓 UGS,柵極是絕緣的,所以不會(huì)有柵極電流流過,但柵極的正電壓會(huì)將其下面 P 區(qū)中的空穴推開,而將 P 區(qū)中的電子吸引到柵極下面的 P區(qū)表面。 9 第 2 章 主要開關(guān)變換電路 整流 濾波電路 本次使用 橋式整流器 和電容濾波, 利用四個(gè)二極管,兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只 對(duì)立的二極 管導(dǎo)通,得到正的輸出;輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí),另兩只 對(duì)立的二極 管導(dǎo) 通,由于這兩只管是反接的,所以輸出還是得到正弦波的正半部分 。 電容C2 用于濾波 圖 21 輸入 整流 濾波電路 電壓 反饋電路 電壓反饋電路如圖 23 所示。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器 TL431 和光電耦合器反饋到 CR6853 的 (7)腳,調(diào)節(jié) R1 R12的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓,達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓升高,集成穩(wěn)壓器 TL431 的陰極到陽極的電流增大,使光電耦合器輸出的三極管電流增大,即 CR6853(7)腳對(duì)地的分流變大, CR6853 的輸出脈寬相應(yīng)變窄,輸出電壓減小。同樣如果輸出電壓減小,可通 過反饋調(diào)節(jié)使之升高 。 10 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護(hù)電路 CR6853 內(nèi)部設(shè)有箝位電路,當(dāng) VDD 超過 OVP 電壓值時(shí),說明負(fù)載上發(fā)生了過壓, CR6853 關(guān)斷 輸出。當(dāng)發(fā)生過壓保護(hù)
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