电力电子技术开关电源的制作与维修

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1、电力电子技术项目三开关电源制作与调试项目描述开关稳压电源简称开关电源（SwitchingPowerSupply），是利用控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，由于它不需要沉重的电源变压器（用轻量高频变压器替代），是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。广泛应用于生活、生产、军事等各个领域。各种计算机设备、彩色电视机等家用电器等都大量采用了开关电源。项目任务书相关知识准备30W开关电源30W开关电源知识讲授开关器件开关器件有许多，经常使用的是场效应

2、晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT，在小功率开关电源上也使用大功率晶体管GTR，本实例中使用的是GTR。1．大功率晶体管GTR(1)大功率晶体管的结构和工作原理知识讲授开关器件1）基本结构通常把集电极最大允许耗散功率在1W以上，或最大集电极电流在1A以上的三极管称为大功率晶体管，其结构和工作原理都和小功率晶体管非常相似。由三层半导体、两个PN结组成，有PNP和NPN两种结构，其电流由两种载流子（电子和空穴）的运动形成，所以称为双极型晶体管。知识讲授开关器件图3-1（a）是NPN型功率晶体管的

3、内部结构，电气图形符号如图（b）所示。大多数GTR是用三重扩散法制成的，或者是在集电极高掺杂的N+硅衬底上用外延生长法生长一层N漂移层，然后在上面扩散P基区，接着扩散掺杂的N+发射区。大功率晶体管通常采用共发射极接法，图3-1（c)给出了共发射极接法时的功率晶体管内部主要载流子流动示意图。图中，1为从基极注入的越过正向偏置发射结的空穴，2为与电子复合的空穴，3为因热骚动产生的载流子构成的集电结漏电流，4为越过集电极电流的电子，5为发射极电子流在基极中因复合而失去的电子。知识讲授开关器件图3-1GTR的结

4、构、电气图形符号和内部载流子流动(a)GTR的结构(b）电气图形符号(c）内部载流子的流动知识讲授开关器件图3-2常见大功率三极管外形知识讲授开关器件2）工作原理在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接称共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正偏（Ib>0）时大电流导通；反偏（Ib<0）时处于截止高电压状态。因此，给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关工作状态。知识讲授开关器件(2)GTR的特性与主要参数1）GTR的基本特性图3-3GTR共发射极接法的输

5、出特性知识讲授开关器件图3-4开关过程中ib和ic的波形（动态特性）知识讲授开关器件图3-5开关过程中ib和ic的波形（动态特性）知识讲授开关器件2）GTR的参数这里主要讲述GTR的极限参数，即最高工作电压、最大工作电流、最大耗散功率和最高工作结温等。①最高工作电压GTR上所施加的电压超过规定值时，就会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。BUcbo：发射极开路时，集电极和基极间的反向击穿电压。BUceo：基极开路时，集电极和发射极之间的击穿电压。知识讲授开关器件BUcer：实

6、际电路中，GTR的发射极和基极之间常接有电阻R，这时用BUcer表示集电极和发射极之间的击穿电压。BUces：当R为0，即发射极和基极短路，用BUces表示其击穿电压。BUcex：发射结反向偏置时，集电极和发射极之间的击穿电压。其中BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo，实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。知识讲授开关器件②集电极最大允许电流IcMGTR流过的电流过大，会使GTR参数劣化，性能将变得不稳定，尤其是发射极的集边效应可能导致GTR损坏。因此，必须规定

7、集电极最大允许电流值。通常规定共发射极电流放大系数下降到规定值的1/2～1/3时，所对应的电流Ic为集电极最大允许电流，以IcM表示。实际使用时还要留有较大的安全余量，一般只能用到IcM值的一半或稍多些。知识讲授开关器件③集电极最大耗散功率PcM集电极最大耗散功率是在最高工作温度下允许的耗散功率，用PcM表示。它是GTR容量的重要标志。晶体管功耗的大小主要由集电极工作电压和工作电流的乘积来决定，它将转化为热能使晶体管升温，晶体管会因温度过高而损坏。实际使用时，集电极允许耗散功率和散热条件与工作环境温度有

8、关。所以在使用中应特别注意值IC不能过大，散热条件要好知识讲授开关器件④最高工作结温TJMGTR正常工作允许的最高结温，以TJM表示。GTR结温过高时，会导致热击穿而烧坏。知识讲授开关器件(3)GTR的二次击穿和安全工作区3-6GTR安全工作区知识讲授开关器件(4)GTR的驱动与保护1）GTR基极驱动电路①对基极驱动电路的要求由于GTR主电路电压较高，控制电路电压较低，所以应实现主电路与控制电路间的电隔离。知识讲授开关器件②基极驱动电路图3