第4章开关电源主要元器件ppt课件.ppt

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1、电源技术张建生主编第四章开关电源主要元器件4.1二极管4.2功率晶体管4.3功率MOS场效应晶体管4.4绝缘栅双极晶体管4.5光电耦合器4.6精密可调基准电源TL4314.7开关电源中使用的厚膜电路4.8开关电源中使用的电容器4.1二极管在开关电源中，可以使用以下三种类型的整流二极管：高效快速恢复二极管、高效超快速二极管和肖特基势垒整流二极管。使用的整流二极管应具有正向压降低、快速恢复的特点，还应具有足够的输出功率。4.1二极管图4.1快速恢复型与软恢复型二极管的特性比较4.1二极管肖特基整流二极管的缺点：①反向截止电压的

2、承受能力较低，目前约为100V。②反向漏电流较大，使得器件比其他类型的整流器件更容易受热击穿。4.2功率晶体管晶体管按其工作原理分为双极型晶体管与单极型晶体管，按其结构分为单管形式与复合形式(达林顿结构)。图4.2达林顿结构4.2.1功率晶体管的工作状态功率晶体管的工作状态可分为截止、饱和与放大三个区域，功率晶体管主要作为功率控制用的开关元件，工作于截止与饱和两种状态。4.2.1功率晶体管的工作状态图4.3功率晶体管的工作模式4.2.1功率晶体管的工作状态图4.4电阻性负载时功率晶体管开关工作时试验电路与波形4.2.1功率

3、晶体管的工作状态图4.5感性负载时功率晶体管开关工作时试验电路与波形4.2.2额定电流额定电流值没有特别规定，一般由晶体管内部导线允许电流值决定。规定集电极电流最大值IC(max)是为了保证工作正常不致引起大电流效应，避免造成管子电性能变差乃至使管子破坏。而管子的脉冲状电流可以允许为功率晶体管IC(max)的2～3倍。4.2.3安全工作区安全工作区(SOA)表示晶体管安全工作时的电压、电流的范围，分为正向偏置安全工作区，反向偏置安全工作区和短路安全工作区。正向偏置安全工作区反向偏置安全工作区短路安全工作区4.2.4功率晶体

4、管的特性功率晶体管一般为开关工作状态，而且工作电流较大。瞬态热阻特性表示功率晶体管消耗单位功率时，PN结温与外壳温之间关系4.3功率MOS场效应晶体管MOSFFT管的三端引脚为：漏极、栅极和源极。按照载流子的性质，MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型。图4.6功率MOSFET的符号4.3.1MOSFET管的主要特点(1)开关速度快。(2)高输入阻抗和低电平驱动。(3)安全工作区宽。(4)热稳定性高。(5)易于并联使用，可简单并联，以增加其电流容量。(6)管内并联漏源二极管。4.3.2功率MOSFET管的驱动电路图4.7

5、MOSFET的驱动电路4.3.3MOSFET的选择与保护在设计MOSFET电路时应注意以下几点:应尽量减少与MOSFET各管脚接线的导线长度，特别是栅极引线长度，如果实在无法减少，可以用小磁环或一个小电阻R1与MOSFET管栅极串联。使用这两个元件应尽量靠近开关管的栅极，以消除寄生振荡。由于MOSFET具有很高的输入阻抗，为了避免电路正反馈引起的振荡，驱动源的阻抗必须很低。当MOSFET的直流输入阻抗很高时，它的动态阻抗(交流输入阻抗)会随着工作频率的变化而变化。4.4绝缘栅双极晶体管4.4.1概述绝缘栅双极晶体管IGB

6、T(InsultedGateBipolaarTransistor)结合了MOSFET与GTR的优点。既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱功电路简单的特点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。4.4.1概述图4.9IGBT结构、等效电路和图形符号4.4.2IGBT的输出特性和主要参数图4.10典型的IGBT输出特性曲线4.4.2IGBT的输出特性和主要参数IGBT的主要参数：(1)集电极发射极最高电压BVCES是指栅极与发射极短接时，C、E间允许的最大电压，即通常所指的额定电压。(2)集电极最大电流ICM是指管子

7、在安全温度范围内集电极最大允许通过的直流电流，通常IGBT的安全温度为壳温85℃。(3)集电极通态压降UCE(ON)指在一定的集电极电流下，C、E间的饱和压降，在饱和导通时，UCE（ON）与集电极电流近似成正比。4.4.2IGBT的输出特性和主要参数(4)阈值电压UGE(th)是IGBT实现电导调制而导通的最低G、E间电压。25℃时UGE(th)的范围在2～6v之间，UGE(th)值随温度升高略有下降，温度每升高1℃时，其值约下降5mV。(5)开通时间TON即为IGBT在开通过程中从驱动电压UGE脉冲前沿的0.1UGE处起

8、至Ic上升到0.9Ic处所需的时间，(6)关断时间TOFF即为IGBT在关断过程中从UCE脉冲后沿的0.9UGE处起至IC下降到0.1Ic处所需的时间，IGBT的TON和TOFF在1～2μs之间。4.4.3IGBT应用技术1.IGBT栅极驱动电路图4.11栅极驱动电路4.4.3IGBT应用技术(a)直接