【正文】 中的一個(gè)主要器件，這種二極管具有良好的高頻開關(guān)特性。以下介紹幾種二極管的特點(diǎn)及檢測(cè)方法。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過 100℃ 。 二極管 二極管在電子電路中用得較多，功能各異。主要運(yùn)用于交流電洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 機(jī)控制和家用電器。目前 ipm 中的功率器件一般由 igbt 充當(dāng)。 ipm 除了集成功率器件和驅(qū)動(dòng)電流外，還集成了過電壓過電流過熱等故障監(jiān)測(cè)電路。 spic 是由一個(gè)或幾個(gè)縱向結(jié)構(gòu)的功率器件與控制和保護(hù)電路集成而成。 hvic是多個(gè)高壓器件與低壓模擬器件或邏輯電路在單片上的集成。將功率器件及其驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、接口電路等外圍電路集成在一個(gè)或幾個(gè)芯片上就制成了 pic。 四、功率集成電路（ pic） pic 是功率電子開關(guān)器件技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。mct 既具有功率 mosfet 輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快的特點(diǎn)、又兼有晶閘管高電壓、大電流、低壓降的優(yōu)點(diǎn)。而每個(gè)元件又是由一個(gè) pnpn 和一個(gè)控制 mct 關(guān)斷的 mosfet 組成。 mos 控制晶閘管（ mct）。 igbt 近年來被廣泛地應(yīng)用于中等功率容量（ 600v 以上）的 ups 開關(guān)電源及交流電機(jī)控制用 pwm 逆變器中。目前其生產(chǎn)水平已達(dá)到 。 igbt 集 grt 通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率 mosfet驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身。 三、復(fù)合型功率電力開關(guān)器件 絕緣門極雙極型晶體 管（ igbt）。其缺點(diǎn)是電流容量較小、耐壓低、通態(tài)壓降大。因而它的一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高（ 100khz）、為所有功率電子開關(guān)器件中頻率之最。功率場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型單極晶體管。正逐步 被mosfet 和 igb 所代替。 gtr 的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流較大，耐浪涌電流的能力差。其優(yōu)點(diǎn)是它組成的電路靈活、成熟、開關(guān)頻率較高。其額定值已達(dá)： ，； 。 大功率晶體管（ gtr）。目前各類自關(guān)斷開關(guān)器件中 gto 容量最大。 gto 有對(duì)稱、非對(duì)稱和逆向?qū)ㄈN類型。相繼研制出 ；； 。因容量較小，當(dāng)時(shí)只用于汽車點(diǎn)火裝置和電視機(jī)行掃描電路。 二、全控型功率電 力開關(guān)器件 全控型功率電力開關(guān)器件有如下幾種產(chǎn)品： 門極可關(guān)斷晶閘管（ gto）。主要運(yùn)用于逆變器和整流器中。 非對(duì)稱晶閘管是一種正、反相電壓耐量不對(duì)稱的晶閘管，而逆導(dǎo)晶閘管是非對(duì)稱晶閘管的一種特例，是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 光控晶閘管是通過光信號(hào)控制晶 閘管觸發(fā)導(dǎo)通的器件，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力、良好的高壓絕緣性能和較高的瞬時(shí)過電壓承受能力，因而被廣泛地應(yīng)用于高壓直流輸電（ hvdc）、靜止無功補(bǔ)償（ svc）等領(lǐng)域?？傻刃?pnp、 npn 兩個(gè)晶體管組成的復(fù)合管。普通晶閘管具有可控的單向?qū)щ娦?，即不但具有一般二極管的單向?qū)щ姷恼髯饔?，而且還可以對(duì)導(dǎo)通電流進(jìn)行控制。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) 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。 (4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。 (3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí) 候甚至上升為第一位的重要問題。 開關(guān)器件的特征： 同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征： (1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。當(dāng)然，有設(shè)計(jì)方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用問題。選用好元器件，是決定開關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵。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) 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。 (4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。 (3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。 開關(guān)器件的五個(gè)特征 同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征： (1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第二章 自激式開關(guān)電源元器件的選用 開關(guān)器件概述 開關(guān)器件的特性及其驅(qū)動(dòng)是開關(guān)電源電路中關(guān)鍵的問題。 （ 7）輸出功率 Po：電源能輸出給負(fù)載的最大功率，它和負(fù)載功率有關(guān)。它主要和反饋調(diào)節(jié)回路的增益及頻響特性有關(guān)。 （ 5）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：由于電源的輸出電壓只和基準(zhǔn)電壓與輸出取樣電路的元器件參數(shù)有關(guān)，因此，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍反應(yīng)在線性電源上時(shí)穩(wěn)壓調(diào)整管集電極電流的變化范圍。這個(gè)電壓值越小，表示電源的輸出性能越好。目前開關(guān)電源的效率可達(dá)到 90%以上。 （ 3） 效率 η：電源輸出功率 Po 與輸入功率 Pi 的比值。 （ 2） 輸出內(nèi)阻 Ro:輸出電壓的變化量 Δ Uo 與輸出電流的變化量 Δ Io 的比值。它和電源的誤差放大、反饋調(diào)節(jié)電路的增益以及占空比調(diào)節(jié)范圍有關(guān)。 （ 1） 輸入電壓變化范圍：當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，使輸出電壓保持不變的輸入電壓的變化范圍。盡管電路的激勵(lì)方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)手段、儲(chǔ)能電感的連接方式、開關(guān)管的器件種類以及串并聯(lián)結(jié)構(gòu)各不相同，但是它們最后總可以歸結(jié)為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源這兩大類。 以上五花八門的開關(guān)穩(wěn)壓電源都是站在不同的角度，已開關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點(diǎn)命名的。 10．按電路的輸出取樣樣式分類 （ 1）直接輸出取樣開關(guān)電源 直接輸出取樣開關(guān)電源在光電耦合器尚未應(yīng)用時(shí)，主要在串聯(lián)開關(guān)電源上使用；在光電耦合器應(yīng)用后，開始在變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源上使用。這種電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、可靠性高。 （ 2）集成電路式 整個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路或電路的一部分是由集成電路組成的，這種集成電路通常為厚膜電路。電路從輸出端取樣，經(jīng)放大后反饋至開關(guān)控制端，控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，這種形式的開關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)際中應(yīng)用的最為廣泛。電路還從輸出電壓取樣，經(jīng)過比較、放大，控制脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，用以控制調(diào)整開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間的長短和開關(guān)的工作頻率，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，電路的過壓保護(hù)電路也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號(hào)來進(jìn)行工作的，斬波型電路形式如 圖 13（ e）所示。 8．按工作方式劃分 （ 1）可控整流型 所謂可控整流型開關(guān)穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作為調(diào)整開關(guān)管，可由交流市電電網(wǎng)直接供電，在可工作的半波內(nèi)，截去正弦曲線的前一部分，這一部分所占角度稱為截止角，導(dǎo)通的正弦曲線后 一部分稱為導(dǎo)通角，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的大小，可達(dá)到調(diào)整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的，其電路形式如圖 13（ f）所示。 7．按輸入與輸出電壓大小劃分 （ 1）升壓式 輸出電壓比輸入電壓高，實(shí)際就是并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。 （ 2）推挽式 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式，這種電路的特點(diǎn)是開關(guān)變壓器必須是有中心抽頭，電路形式如圖 13（ I）所示 （ 3）半橋式 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成半橋的形式，它的特點(diǎn)是適應(yīng)于輸入電壓較高的場(chǎng)合，其電路形式如圖 13（ m）所示。 （ 2）并聯(lián)型 儲(chǔ)能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓之間，電路形式如圖 13（ b）所示。 （ 2）可控硅型 采用可控硅作為開關(guān)管，這種電路的特點(diǎn)是直接輸交流電，不需要一次整流部分，其電路形式如圖 13（ g）所示。 （ 2）諧振型 開關(guān)晶體管與 LC 諧振回路將直流變成標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，電路形式類似于自激式。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 （ 3）混合型 通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間的振蕩頻率來完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。 開關(guān)管兼作振蕩器中的振蕩管，電路形式如圖 13（ d）所示 2．按調(diào)制方式劃分 （ 1）脈沖調(diào)制型 振蕩頻率保持不變，通過改變脈沖寬度來改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，有時(shí)通過取樣電路，耦合電路等構(gòu)成反饋閉環(huán)回路，來穩(wěn)定輸出電壓的幅度。 （ 2）自激式 自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋電路，來完成自激振蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。 常見的開關(guān)穩(wěn)壓電源分類方法有已下幾種： 1．按激勵(lì)方式劃分 （ 1）它激式 它激式開關(guān)電源必須有一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。所以，開關(guān)穩(wěn)壓電源在計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用，這大大 促進(jìn)了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面的研究和生產(chǎn)人員也越來越多。 開關(guān)電源的分類 現(xiàn)在，電子技術(shù)和應(yīng)用迅速的發(fā)展，對(duì)電子儀器和設(shè)備的要求是：在性能上，更加安全可靠；在功能上，不斷地增加；在使用上，自動(dòng)化程度要越來越高；在體積上，要日趨小型化。 （ 5）功耗小。 （ 4）安全可靠。 2%以下。 （ 3）穩(wěn)壓范圍寬。 （ 2）重量輕。 開關(guān)電源的特點(diǎn) 開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)： （ 1） 效率高。 開關(guān)電源與線性電源相比，其輸入的瞬態(tài)變換比較多的表現(xiàn)在輸出端，在提高開關(guān)頻率的同時(shí)，由于比較放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)也能得到改善。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過流過壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。 開關(guān)電源的組成 開關(guān)電源的組成如圖 12 所示。 開關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。與線性電源相比， PWM開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“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 來實(shí)現(xiàn)的。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（ PWM）洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。即改變 TON,又改變 T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。若保持 TON 不變，利用改變開關(guān)頻率? =1/T 實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓 Uo 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)節(jié)（ PFM）。 T 不變，只改變 TON 來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制（ PWM）。 U iSU i0T O N U 0t0t0( b )V( a )U 0 (a) 電路圖； (b) 波形圖 圖 11 開關(guān)電源的工作原理 為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下： D= ONTT (11) 式中， T 表示開關(guān) S 的開關(guān)重復(fù)周期； TON 表示開關(guān) S 在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui 經(jīng)開關(guān) S 加至輸出端， S 為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān) S 按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓 Ui變成矩形脈沖電壓。 整流電路普遍采用二級(jí)管構(gòu)成橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低，效率比較高。 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，高頻逆變 變壓器 高頻整流電路是開關(guān)電源的核心部分，電路采用的是隔離型直流 直流變流電路。 它 的輸出可分多組抽頭，一般輸出有 5V、 12V、 14V、 18V、 26V、 52V、115V、 190V 等。三是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于其它相同功率的電源，開關(guān)電源的體積與重量要少得多。 開關(guān)電源有好多優(yōu)點(diǎn)，一是穩(wěn)壓范圍寬，在一定范圍內(nèi)輸出電壓與輸入電壓變化無關(guān)， 電源 可以在 80V－ 240 都可以正常工作，是其它方式電源無法比擬的。而且由于它直接控制直流，使這種電源的效率比線性電源高很多。由于變壓器的磁芯大小與他的工作頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 開關(guān)電源基礎(chǔ) 開關(guān)電源 功能 開關(guān) 電源輸入端直接將交流電整流變成直流電，再在高頻震蕩電路的作用下，用開關(guān)管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。基本的自激式開關(guān)電源是不隔離式的，輸入電壓經(jīng)開關(guān)管控制后構(gòu)成輸出電壓，輸入與輸出共有負(fù)極為公共端。近年來，由于微型計(jì)算機(jī)的普及，通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了開關(guān)電源技 術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。由于在開關(guān)電源中半導(dǎo)體功率器