【文章內(nèi)容簡介】 具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁 化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。單相橋式全控整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路 2 倍，在相同的負(fù)載下流過晶閘管的平均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。 單相橋式半波相控整流電路因其性能較差，實(shí)際中很少采用，在中小功率場合采用更多的是單相橋式全控整流電路。 根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相橋式全控整流電路，負(fù)載為阻感性負(fù)載在生產(chǎn)實(shí)踐中，除了電阻性負(fù)載外， 最常見的負(fù)載還有電感性負(fù)載， 如電動機(jī)的勵磁繞組，整流電路中串入的濾波電抗器等。 為了便于分析和計(jì)算， 在電路圖中將電阻和電感分開表示。 當(dāng)整流 電路帶電感性負(fù)載時，整流工作的物理過程和電壓、 電流波形都與帶電阻性負(fù)載時不同。因?yàn)殡姼袑﹄娏鞯淖兓凶璧K作用，即電感元件中的電流不能突變，當(dāng)電流變化時電感要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后于電壓的變化。電路波形圖中： (b) 電源電壓； (c) 觸發(fā)脈沖； (d) 輸出電壓； (e) 輸出電流； (f) 晶閘管 V1 , V4 上的電流； (g) 晶閘管 V 2 , V 3 上的電流； (h) 變壓器副邊電流； (i) 晶閘管 V1 , V4 上的電壓 。 7 圖 31 單相全控橋式整流電路電感性負(fù)載及其波形 參數(shù)計(jì)算 負(fù)載電流連續(xù)時，整流電壓平均值可按下式計(jì)算： 輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導(dǎo)電，一個周期中各導(dǎo)電 180176。 ， 且與 α 無關(guān)， 變壓器二次繞組中電流 i2的波形是對稱的正、負(fù)方波。負(fù)載電流的平均值 Id 和有效值 I相等，其波形系數(shù)為 1。在這種情況下： 當(dāng) α=0176。 時， Ud=； 當(dāng) α=90176。 時， Ud=0，其 移相范圍為 90176。 。 晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。流過每個晶閘管的電流平均值和有效值分別為 。 ?????? ??? c os22)(s i n21 222 UUttdUU d ??? ? ?T＋－u2＋－u1i2V2V1V4V3udidR( a )( b)( c)( d)( e)( f)L( g)( h)( i)u20?? tug0 ? t1? t2? tud0 ? t0id? tiV 1,40iV 2,30? t? ti20uV 1,40? t? t 8 流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S。 功率變換電路 MOS 管工作原理 NMOS 的特性是 Vgs 大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時的情 況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達(dá)到 4V或 10V就可以了。開機(jī)后，交流電通過整流濾波后一路通過變壓器初級加到開關(guān)管 Q2漏極 (D 極，另一路通過啟動電阻 R R3加到 Q2柵極 (G極 )，從而使開關(guān)管 Q2導(dǎo)通 .導(dǎo)通后 ,變壓器 T1原邊產(chǎn)生上正下負(fù) (1正 2負(fù) )的感應(yīng)電動勢。由于互感， T1輔助繞組也產(chǎn)生相應(yīng)的下正上負(fù) (3正 4負(fù) )的感應(yīng)電動勢。于是 T1的 3腳上的正脈沖電壓通過 C R5加到 Q2的 G 極與 S 極之間，從而使 Q2的漏極電流進(jìn)一步增大，于是開關(guān)管 Q2在正反饋雪崩過程的作用下迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)。二氧化硅來作為 閘門 極下的絕緣體 。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS)晶體管，或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 MOSFET。因?yàn)?MOS 管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場合取代了雙極型晶體管。 首先考察一個更簡單的器件－ MOS 電容－能更好的理解 MOS 管。這個器件有兩個電極，一個是金屬，另一個是襯底，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開圖 31 A。金屬極就是 閘門 ，而半導(dǎo)體端就是 柵極 。他們之間的絕緣氧化層稱為 閘門 電壓來說明。圖31A 中的 MOS 電容的 閘門 電位是 0V。金屬 閘門 和半導(dǎo)體 柵極 在差異 的 電介質(zhì)（氧化層的上下）上產(chǎn)生了一個小電場。圖 示的器件中，這個電場使金屬 電子少了，故 閘門 電介質(zhì) 。圖示中的器件有一個輕摻雜 P 型硅做成 柵極 。這個 MOS 電容的電特性能通過把柵極 接地， 閘門 接不同的 極帶正電）， P 型硅負(fù)電位（相對電子多了。這個電場把硅中底層的電子吸引到表面來，它同時把空穴排斥出表面。這個電場太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對器件整體的特性影響也非常小。 dddVVdddVdVIIIIIIII22222122?????????????? 9 圖 31 MOS柵極 的 電容 圖 31中是當(dāng) MOS 電容的 閘門 相對于 柵極 正偏置（ PN結(jié)）時發(fā)生的情況。穿過 閘門 電 介質(zhì) 的電場加強(qiáng)了，有更多的電子從襯底被拉了上來。同時，空穴被排斥出表面。隨著 閘門 電壓的升高，會出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，硅表層看上去就像 N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為 反型 ，反轉(zhuǎn)的硅層叫做 溝渠 (N Pmos 的命名就是根據(jù)這里來的 )。隨著 閘門 電壓的持續(xù)不斷升高，越來越多的電子在表面積累， 溝渠變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。 溝渠 形成時的電壓被稱為閾值電壓 Vt。當(dāng) 閘門 和 柵極 之間的電壓差小于閾值電壓時，不會形成 溝渠。當(dāng)電壓差超過閾值電壓時 ， 溝渠 就出現(xiàn)了。（其實(shí)還有個亞閾值狀態(tài) 柵極電壓 ,此時也有載流子，也有電 子通道，不過很小一般忽略，此時耗盡層的負(fù)電荷占據(jù)主要，以映像柵上的電壓 )。圖 31 MOS電容（ A）未偏置（ VBG＝ 0V），（ B）反轉(zhuǎn)（ VBG＝ 3V），（ C）積累（ VBG＝ 3V）。 圖 31C中是當(dāng) MOS 電容的 閘門 相對于柵極 是負(fù)電壓時的情況（就好像給二極管的 PN結(jié)加上正電壓）。電場反轉(zhuǎn)，往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了，這個器件被認(rèn)為是處于電荷積累狀態(tài)了。 MOS 電容的特性能被用來形成 MOS 管。圖 31 A是最終器件的截面圖。 閘門 ，電介質(zhì)和 柵極 保持原樣。在 閘門 的兩邊是兩個額外的選擇性摻雜的區(qū)域。其中一個稱為 源極 ，另一個稱為 漏極 。假設(shè) 源極 和 柵極 都接地， 漏極 接正電壓。只要 閘門 對 柵極 的電壓仍舊小于閾值電壓，就不會形成 溝渠 。 漏極 和 柵極 之間的 PN結(jié)反向偏置，所以只有很小的電流從 漏極 流向 柵極 。如果 閘門 電壓超過了閾值電壓，在 閘門 電介質(zhì)下就出現(xiàn)了 溝渠 。這個 溝渠 就像一薄層短接 漏極 和 源極 的 N型硅。由電子組成的電流從 源極 通過 溝渠 流到 漏極 ?？偟膩碚f，只有在 閘門 對 源極 電壓 V超過閾值電壓 Vt 時，才會有 漏極 電流。 10 圖 32MOSFET晶體管 的結(jié)構(gòu)圖 圖 32 MOSFET 晶體管的截面圖 NMOS（ A）。在圖中， S＝ 源極 ， G=閘門 ,D=漏極 。雖然 柵極 圖上也有，但沒有說明。 MOS 管的 源極 和 漏極 是可以對調(diào)的，他們都是在 P 型 柵極 中形成的 N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的 性能。這樣的器件被認(rèn)為是對稱的。在對稱的 MOS 管中，對 源極 和 漏極 的標(biāo)注有一點(diǎn)任意性。定義上，載流子流出 源極 ，流入 漏極 。因此 源極 和 漏極 的身份就靠器件的偏置來決定了。有時晶體管上的偏置電壓是不定的，兩個引線端就會互相對換角色。這種情況下，電路設(shè)計(jì)師必須指定一個是 漏極 另一個則是 源極 。 源極 和 漏極 不同摻雜不同幾何形狀的就是非對稱 MOS 管。制造非對稱晶體管有很多理由，但所有的最終結(jié)果都是一樣的。一個引線端被優(yōu)化作為 漏極 ，另一個被優(yōu)化作為 源極 。如果 漏極 和 源極 對調(diào)，這個器件就不能正常工作了。圖 32 A中的晶體管有 N 型 溝渠 所有它稱為 N 溝渠 MOS管，或 NMOS。 如果這個晶體管的 閘門 相對于 柵極 正向偏置，電子就被吸引到表面，空穴就被排斥出表面。硅的表面就積累，沒有 溝渠 形成。如果 閘門 相對于 柵極 反向偏置，空穴被吸引到表面， 溝渠 形成了 。由于 NMOS 管的閾值電壓是正的， PMOS 的閾值電壓是負(fù)的，所以工程師們通常會去掉閾值電壓前面的符號。一個工程師可能，從 上升到 ” ，實(shí)際上 PMOS 的 Vt 是從 下降到 。 極帶輕微的正電位是因?yàn)橄旅嬉r底是 P 型的空穴多，電子少，故需要從別處 搶來 電子，所以氧 化物處 。 11 常見的原理圖及工作原理 圖 32 功率變換電路 工作原理 :圖 32 的 R C R R C D D2 組成緩沖器，和開關(guān) MOS 管并接，使開關(guān)管電壓應(yīng)力減少， EMI 減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管 Q1 關(guān)斷時，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從 R3 測得的電流峰值信號參與當(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng) R5 上的電壓達(dá)到 1V時， UC3842 停止工作，開關(guān)管 Q1 立即關(guān)斷 。 R1 和 Q1 中的結(jié)電容 CGS、 CGD 一起組成 RC