高压高频开关电源分析(张翔)

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1、研究生课程考试答题册得分：学号姓名考试科目现代电源变换技术考时日期2010.1.8西北工业大学研究生院第一章引言1概述广义地讲,电源变换就是通过电子线路或其它手段使已有的某一频率、某一电压的电源成为所需的频率和电压的电源所进行的变换。它包括（1）DC一AC变换—将一种直流电压变换为另一种直流电压;(2)AC一DC变换—将交流电压变为直流电压;(3)DC一AC变换—将直流电压变为所需的交流电压;(4)AC一AC变换—将一种频率的交流电压变为另一种频率的交流电压。目前,电源变换大多采用电力电子技术。电源变换技术的发展,是以现代微电子技术和电力电子技术的发展为前提的,是依托现代的电力

2、电子器件及推陈出新的电子线路,伴随日益提高的生产应用需求而发展的。由于新型的电力电子器件不断涌现,不断成熟,加之新型的脉宽调制电路、双零开关谐振电路的不断完善,新型电源变换技术获得了越来越广泛的应用。相应地,新型电源变换装置正在向大功率、小体积、高频率、高可靠性和模块化、数字化、智能化的方向发展。2开关电源文献综述2.1历史发展1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端；1957年美国人查赛（Jensen)发明了自激式推挽双变压器；1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重

3、量的下降获得了一条根本的途径；到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。2.2目前现状目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二

4、极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关从开启-关闭，所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器；而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在

5、致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。2.2.1可关断晶闸管（GTO）GTO是一种可以借助负的门极电流脉冲关断的晶闸管,它除具有普通晶闸管耐压高、电流大、耐浪涌能力强、造价便宜等优点外，还具有自关断能力，且工作频率较高，控制线路较简单。进入80年代后，它在高电压、大电流应用方面取得了很大的进步。2.2.2电力晶体管（GTR）GTR是一种大功率、高反压的巨型晶体管,，它具有开关时间短、饱和压降低等优点，近年来被广泛用于交流电机调速和中频电源等装置中。2.2.3静电感应晶闸管（SITH）它是一种在栅极上加反向偏压即处于阻断状态,除去反向偏压即处于导通状态的常开器件。它具有动态特性均匀

6、、导通电阻小、正向压降低、开关速度快、开关损耗低、耐量大等优点。2.2.4功率场控晶体管(PowerMOSFET)它是一种单极型的电压控制器件,具有输入阻抗高、控制方便、热稳定性好、抗干扰能力强、开关速度快、无二次击穿等优点。2.2.5静电感应晶体管(SIT)它是一种具有非饱和输出特性的器件，既可以工作在开关状态，也可工作在放大状态。它具有工作频率高、输出功率大、失真小、输入阻抗高、开关特性好、抗辐射能力强等优点。2.2.6绝缘门极晶体管（IGBT）它集MOSFET电压激励和达林顿功率管大电流、正向饱和压降低的特性于一体,具有工作频率高、可靠性高、开关损耗低、脉冲拖尾电流低、工

7、作安全区大等优点，应用在电机控制、50kHz以上的中频电源、各种开关电源以及其它要求高速度、低损耗的领域。2.2.7MOS晶闸管(MTC)MTC是晶闸管与MOSFET相结合的产物，主导元件是SCR，控制元件是MOSFET。MCT具有高电压、大电流、低通态压降、高电流密度、高输入阻抗、低驱动功率和高开关速度、高dv/dt与di/dt耐量等优点,是一种很理想的电子开关器件，是目前人们评价最高的一种混合器件。2.2.8功率集成电路(PIC)它是功率器件与驱动电路、控制电路以及保护电路的集成，它将成