開關(guān)電源推選文檔

1、開關(guān)電源推選文檔開關(guān)電源推選文檔課題四 開關(guān)電源 PC主機(jī)開關(guān)電源的基本作用就是將交流電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換為適合各個配件使用的低壓直流電供給整機(jī)使用。一般有四路輸出，分別是+5V、-5V、+12V、-12V。 電路的原理框圖如圖4-3所示，輸入電壓為AC220v，50Hz的交流電，經(jīng)過濾波，再由整流橋整流后變?yōu)?00V左右的高壓直流電，然后通過功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止將直流電壓變成連續(xù)的脈沖，再經(jīng)變壓器隔離降壓及輸出濾波后變?yōu)榈蛪旱闹绷麟姟ｉ_關(guān)管的導(dǎo)通與截止由PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制電路發(fā)出的驅(qū)動信號控制。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源 PC主機(jī)開關(guān)電源的基本作用課題四 開關(guān)電源電力電子技術(shù) 課題四

2、 開關(guān)電源電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源【相關(guān)知識點】：一、開關(guān)器件 開關(guān)器件有許多，經(jīng)常使用的是場效應(yīng)晶體管MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管IGBT，在小功率開關(guān)電源上也使用大功率晶體管GTR，本實例中使用的是GTR。 1大功率晶體管GTR(1)大功率晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源【相關(guān)知識點】：一、開關(guān)器件 開關(guān)器課題四 開關(guān)電源 1）基本結(jié)構(gòu) 通常把集電極最大允許耗散功率在1W以上，或最大集電極電流在1A以上的三極管稱為大功率晶體管，其結(jié)構(gòu)和工作原理都和小功率晶體管非常相似。由三層半導(dǎo)體、兩個PN結(jié)組成，有PNP和NPN兩種結(jié)構(gòu)，其電流由兩種載流子（電子和空穴）的運

3、動形成，所以稱為雙極型晶體管。 圖4-4（a）是NPN型功率晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，電氣圖形符號如圖（b）所示。大多數(shù)GTR是用三重擴(kuò)散法制成的，或者是在集電極高摻雜的N+硅襯底上用外延生長法生長一層N漂移層，然后在上面擴(kuò)散P基區(qū)，接著擴(kuò)散摻雜的N+發(fā)射區(qū)。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源 1）基本結(jié)構(gòu) 圖4-4（a）課題四 開關(guān)電源圖4-4 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子流動(a)GTR的結(jié)構(gòu) (b）電氣圖形符號 (c）內(nèi)部載流子的流動電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-4 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部課題四 開關(guān)電源 大功率晶體管通常采用共發(fā)射極接法，圖4-4（c)給出了共發(fā)射極接法

4、時的功率晶體管內(nèi)部主要載流子流動示意圖。圖中，1為從基極注入的越過正向偏置發(fā)射結(jié)的空穴，2為與電子復(fù)合的空穴，3為因熱騷動產(chǎn)生的載流子構(gòu)成的集電結(jié)漏電流，4為越過集電極電流的電子，5為發(fā)射極電子流在基極中因復(fù)合而失去的電子。 一些常見大功率晶體三極管的外形如圖4-5所示。從圖可見，大功率晶體三極管的外形除體積比較大外，其外殼上都有安裝孔或安裝螺釘，便于將三極管安裝在外加的散熱器上。因為對大功率三極管來講，單靠外殼散熱是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。例如，50W的硅低頻大功率晶體三極管，如果不加散熱器工作，其最大允許耗散功率僅為23W。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源 大功率晶體管通常采用共課題四 開關(guān)電源圖4-5

5、 常見大功率三極管外形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-5 常見大功率三極管外形電力電子技課題四 開關(guān)電源 2）工作原理 在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)。晶體管通常連接稱共發(fā)射極電路，NPN型GTR通常工作在正偏（Ib0）時大電流導(dǎo)通；反偏（IbBUcexBUcesBUcerBUceo，實際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源BUcer：實際電路中，GTR的發(fā)射極和基課題四 開關(guān)電源集電極最大允許電流IcMGTR流過的電流過大，會使GTR參數(shù)劣化，性能將變得不穩(wěn)定，尤其是發(fā)射極的集邊效應(yīng)可能導(dǎo)致GTR損壞。因此，必須規(guī)定集電極最大允

6、許電流值。通常規(guī)定共發(fā)射極電流放大系數(shù)下降到規(guī)定值的1/21/3時，所對應(yīng)的電流Ic為集電極最大允許電流，以IcM表示。實際使用時還要留有較大的安全余量，一般只能用到IcM值的一半或稍多些。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源集電極最大允許電流IcM電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源集電極最大耗散功率PcM集電極最大耗散功率是在最高工作溫度下允許的耗散功率，用PcM表示。它是GTR容量的重要標(biāo)志。晶體管功耗的大小主要由集電極工作電壓和工作電流的乘積來決定，它將轉(zhuǎn)化為熱能使晶體管升溫，晶體管會因溫度過高而損壞。實際使用時，集電極允許耗散功率和散熱條件與工作環(huán)境溫度有關(guān)。所以在使用中應(yīng)特別注意值IC不能過大

7、，散熱條件要好電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源集電極最大耗散功率PcM電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源最高工作結(jié)溫TJMGTR正常工作允許的最高結(jié)溫，以TJM表示。GTR結(jié)溫過高時，會導(dǎo)致熱擊穿而燒壞。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源最高工作結(jié)溫TJM電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源(3)GTR的二次擊穿和安全工作區(qū)1）二次擊穿問題實踐表明，GTR即使工作在最大耗散功率范圍內(nèi)，仍有可能突然損壞，其原因一般是由二次擊穿引起的，二次擊穿是影響GTR安全可靠工作的一各重要因素。二次擊穿是由于集電極電壓升高到一定值（未達(dá)到極限值）時，發(fā)生雪崩效應(yīng)造成的。照理，只要功耗不超過極限，管子是可以承受的，但是在實際使

8、用中，出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，Ie進(jìn)一步劇增。由于管子結(jié)面的缺陷、結(jié)構(gòu)參數(shù)的不均勻，使局部電流密度劇增，形成惡性循環(huán)，使管子損壞。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源(3)GTR的二次擊穿和安全工作區(qū)電力電子課題四 開關(guān)電源二次擊穿的持續(xù)時間在納秒到微秒之間完成，由于管子的材料、工藝等因素的分散性，二次擊穿難以計算和預(yù)測。防止二次擊穿的辦法是：應(yīng)使實際使用的工作電壓比反向擊穿電壓低得多。必須有電壓電流緩沖保護(hù)措施。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源二次擊穿的持續(xù)時間在納秒到微秒之間完成，由課題四 開關(guān)電源2）安全工作區(qū)以直流極限參數(shù)IcM、PcM、UceM構(gòu)成的工作區(qū)為一次擊穿工作區(qū)，如圖48所示。以USB（二次

9、擊穿電壓）與ISB（二次擊穿電流）組成的PSB（二次擊穿功率）如圖中虛線所示，它是一個不等功率曲線。以3DD8E晶體管測試數(shù)據(jù)為例，其PcM=100W，BUceo200V，但由于受到擊穿的限制，當(dāng)Uce=100V時，PSB為60W，Uce=200V時PSB僅為28W！所以，為了防止二次擊穿，要選用足夠大功率的管子，實際使用的最高電壓通常比管子的極限電壓低很多。安全工作區(qū)是在一定的溫度條件下得出的，例如環(huán)境溫度25或殼溫75等，使用時若超過上述指定溫度值，允許功耗和二次擊穿耐量都必須降額。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）安全工作區(qū)電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4-8 GTR安全工作區(qū)電力電子技

10、術(shù) 課題四 開關(guān)電源4-8 GTR安全工作區(qū)電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源(4) GTR的驅(qū)動與保護(hù)1）GTR基極驅(qū)動電路對基極驅(qū)動電路的要求由于GTR主電路電壓較高，控制電路電壓較低，所以應(yīng)實現(xiàn)主電路與控制電路間的電隔離。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源(4) GTR的驅(qū)動與保護(hù)電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源GTR導(dǎo)通期間，在任何負(fù)載下，基極電流都應(yīng)使GTR處在臨界飽和狀態(tài)，這樣既可降低導(dǎo)通飽和壓降，又可縮短關(guān)斷時間。在使GTR關(guān)斷時，應(yīng)向基極提供足夠大的反向基極電流（如圖4-9波形所示），以加快關(guān)斷速度，減小關(guān)段損耗。應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，并有一定的保護(hù)功能。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源

11、GTR導(dǎo)通期間，在任何負(fù)載下，基極電流都應(yīng)課題四 開關(guān)電源基極驅(qū)動電路圖4-10是一個簡單實用的GTR驅(qū)動電路。該電路采用正、負(fù)雙電源供電。當(dāng)輸入信號為高電平時，三極管V1、V2和V3導(dǎo)通，而V4截止，這時V5就導(dǎo)通。二極管VD3可以保證GTR導(dǎo)通時工作在臨界飽和狀態(tài)。流過二極管VD3的電流隨GTR的臨界飽和程度而改變，自動調(diào)節(jié)基極電流。當(dāng)輸入低電平時，V1、V2、V3截止，而V4導(dǎo)通，這就給GTR的基極一個負(fù)電流，使GTR截止。在V4導(dǎo)通期間，GTR的基極-發(fā)射極一直處于負(fù)偏置狀態(tài)，這就避免了反向電流的通過，從而防止同一橋臂另一個GTR導(dǎo)通產(chǎn)生過電流。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源基極驅(qū)動

12、電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4-10 實用的GTR驅(qū)動電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4-10 實用的GTR驅(qū)動電路電力電子技課題四 開關(guān)電源集成化驅(qū)動集成化驅(qū)動電路克服了一般電路元件多、電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差和使用不便的缺點，還增加了保護(hù)功能。如法國THOMSON公司為GTR專門設(shè)計的基極驅(qū)動芯片UAA4002。采用此芯片可以簡化基極驅(qū)動電路，提高基極驅(qū)動電路的集成度、可靠性、快速性。它把對GTR的完整保護(hù)和最優(yōu)驅(qū)動結(jié)合起來，使GTR運行于自身可保護(hù)的準(zhǔn)飽和最佳狀態(tài)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源集成化驅(qū)動電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）GTR的保護(hù)電路為了使GTR在廠家規(guī)定的安全工作

13、區(qū)內(nèi)可靠的工作，必須對其采用必要的保護(hù)措施。而對GTR的保護(hù)相對來說比較復(fù)雜，因為它的開關(guān)頻率較高，采用快熔保護(hù)是無效的。一般采用緩沖電路。主要有RC緩沖電路、充放電型R-C-VD緩沖電路和阻止放電型R-C-VD緩沖電路三種形式，如圖4-11所示。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）GTR的保護(hù)電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4-11 GTR的緩沖電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4-11 GTR的緩沖電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（a）RC緩沖電路 （b）充放電型R-C-VD緩沖電路 （c）阻止放電型R-C-VD緩沖電路RC緩沖電路簡單，對關(guān)斷時集電極發(fā)射極間電壓上升有抑制作用。這種電路

14、只適用于小容量的GTR（電流10A以下）。充放電型R-C-VD緩沖電路增加了緩沖二極管VD2，可以用于大容量的GTR。但它的損耗（在緩沖電路的電阻上產(chǎn)生的）較大，不適合用于高頻開關(guān)電路。阻止放電型R-C-VD緩沖電路，較常用于大容量GTR和高頻開關(guān)電路的緩沖器。其最大優(yōu)點是緩沖產(chǎn)生的損耗小。為了使GTR正?？煽康毓ぷ?，除采用緩沖電路之外，還應(yīng)設(shè)計最佳驅(qū)動電路，并使GTR工作于準(zhǔn)飽和狀態(tài)。另外，采用電流檢測環(huán)節(jié)，在故障時封鎖GTR的控制脈沖，使其及時關(guān)斷，保證GTR電控裝置安全可靠地工作；在GTR電控系統(tǒng)中設(shè)置過壓、欠壓和過熱保護(hù)單元，以保證安全可靠地工作。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（a）R

15、C緩沖電路 （b）充放電型R-C-課題四 開關(guān)電源功率場效應(yīng)晶體管MOSFET:功率場效應(yīng)晶體管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）簡稱MOSFET。與GTR相比，功率MOSFET具有開關(guān)速度快、損耗低、驅(qū)動電流小、無二次擊穿現(xiàn)象等優(yōu)點。它的缺點是電壓還不能太高、電流容量也不能太大。所以目前只適用于小功率電力電子變流裝置。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源功率場效應(yīng)晶體管MOSFET:電力電子技術(shù)課題四 開關(guān)電源（1）功率MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理1）結(jié)構(gòu)功率場效應(yīng)晶體管是壓控型器件，其門極控制信號是電壓。它的三個極分別是：柵極

16、G、源極S、漏極D。功率場效應(yīng)晶體管有N溝道和P溝道兩種。N溝道中載流子是電子，P溝道中載流子是空穴，都是多數(shù)載流子。其中每一類又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。耗盡型就是當(dāng)柵源間電壓UGS=0時存在導(dǎo)電溝道，漏極電流ID0；增強(qiáng)型就是當(dāng)UGS=0時沒有導(dǎo)電溝道，ID=0，只有當(dāng)UGS0（N溝道）或UGS0（P溝道）時才開始有ID。功率MOSFET絕大多數(shù)是N溝道增強(qiáng)型。這是因為電子作用比空穴大得多。N溝道和P溝道MOSFET的電氣圖形符號如圖4-12所示。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（1）功率MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理電力課題四 開關(guān)電源圖4-12 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號（a）

17、功率MOSFET的結(jié)構(gòu) （b）電氣圖形符號電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-12 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣課題四 開關(guān)電源功率場效應(yīng)晶體管與小功率場效應(yīng)晶體管原理基本相同，但是為了提高電流容量和耐壓能力，在芯片結(jié)構(gòu)上卻有很大不同：電力場效應(yīng)晶體管采用小單元集成結(jié)構(gòu)來提高電流容量和耐壓能力，并且采用垂直導(dǎo)電排列來提高耐壓能力。幾種功率場效應(yīng)晶體管的外形如圖4-13。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源功率場效應(yīng)晶體管與小功率場效應(yīng)晶體管原理基課題四 開關(guān)電源圖4-13 幾種功率場效應(yīng)晶體管的外形 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-13 幾種功率場效應(yīng)晶體管的外形課題四 開關(guān)電源2）工作原理當(dāng)

18、D、S加正電壓（漏極為正，源極為負(fù)），UGS=0時，P體區(qū)和N漏區(qū)的PN結(jié)反偏，D、S之間無電流通過；如果在G、S之間加一正電壓UGS，由于柵極是絕緣的，所以不會有電流流過，但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少數(shù)載流子電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)UGS大于某一電壓UT時，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。電壓UT稱開啟電壓或閥值電壓，UGS超過UT越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流越大。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）工作原理電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（2）功率MO

19、SFET的特性與參數(shù)1）功率MOSFET的特性轉(zhuǎn)移特性ID和UGS的關(guān)系曲線反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系，稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。如圖414（a）所示。從圖中可知，ID較時，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率被定義為MOSFET的跨導(dǎo)，即： MOSFET是電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（2）功率MOSFET的特性與參數(shù)電力電子課題四 開關(guān)電源輸出特性圖414(b）是MOSFET的漏極伏安特性，即輸出特性。從圖中可以看出，MOSFET有三個工作區(qū)：截止區(qū)。UGSUT，ID=0，這和電力晶體管的截止區(qū)相對應(yīng)。飽和區(qū)。UGSUT，UDSUGS

20、-UT，當(dāng)UGS不變時，ID幾乎不隨UDS的增加而增加，近似為一常數(shù)，故稱飽和區(qū)。這里的飽和區(qū)并不和電力晶體管的飽和區(qū)對應(yīng)，而對應(yīng)于后者的放大區(qū)。當(dāng)用做線性放大時，MOSFET工作在該區(qū)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源輸出特性電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源非飽和區(qū)。UGSUT，UDSUGS-UT，漏源電壓UDS和漏極電流ID之比近似為常數(shù)。該區(qū)對應(yīng)于電力晶體管的飽和區(qū)。當(dāng)MOSFET作開關(guān)應(yīng)用而導(dǎo)通時即工作在該區(qū)。在制造功率MOSFET時，為提高跨導(dǎo)并減少導(dǎo)通電阻，在保證所需耐壓的條件下，應(yīng)盡量減小溝道長度。因此，每個MOSFET元都要做得很小，每個元能通過的電流也很小。為了能使器件通過較大的

21、電流，每個器件由許多個MOSFET元組成。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源非飽和區(qū)。UGSUT，UDSUGS-U課題四 開關(guān)電源開關(guān)特性圖415是用來測試MOSFET開關(guān)特性的電路。圖中up為矩形脈沖電壓信號源，波形見圖415(b），Rs為信號源內(nèi)阻，RG為柵極電阻，RL為漏極負(fù)載電阻，RF用于檢測漏極電流。因為MOSFET存在輸入電容Cin，所以當(dāng)脈沖電壓up的前沿到來時，Cin有充電過程，柵極電壓UGS呈指數(shù)曲線上升，如圖4-15所示。當(dāng)UGS上升到開啟電壓UT時開始出現(xiàn)漏極電流iD。從up的前沿時刻到uGS=UT的時刻，這段時間稱為開通延遲時間td(on)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源

22、開關(guān)特性電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源此后，iD隨UGS的上升而上升。uGS從開啟電壓上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGPS這段時間稱為上升時間tr，這時相當(dāng)于電力晶體管的臨界飽和，漏極電流iD也達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。iD的穩(wěn)態(tài)值由漏極電壓和漏極負(fù)載電阻所決定，UGPS的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)。uGS的值達(dá)UGPS后，在脈沖信號源up的作用下繼續(xù)升高直至到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，但iD已不再變化，相當(dāng)于電力晶體管處于飽和。MOSFET的開通時間ton為開通延遲時間td(on)與上升時間tr之和，即：ton= td(on)+ tr 當(dāng)脈沖電壓up下降到零時，柵極輸入電容Cin通過信號源內(nèi)阻Rs和柵極電阻RG（Rs

23、）開始放電，柵極電壓uGS按指數(shù)曲線下降，當(dāng)下降到UGPS時，漏極電流iD才開始減小，這段時間稱為關(guān)斷延遲時間td(off)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源此后，iD隨UGS的上升而上升。uGS從開課題四 開關(guān)電源此后，Cin繼續(xù)放電，uGS從UGPS繼續(xù)下降，iD減小，到uGS小于UT時溝道消失，iD下降到零。這段時間稱為下降時間tf。關(guān)斷延遲時間td(off)和之和下降時間tf為關(guān)斷時間toff，即：toff= td(off)+ tf 從上面的分析可以看出，MOSFET的開關(guān)速度和其輸入電容的充放電有很大關(guān)系。使用者雖然無法降低其Cin值，但可以降低柵極驅(qū)動回路信號源內(nèi)阻Rs的值，從而減小

24、柵極回路的充放電時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。MOSFET的工作頻率可達(dá)100kHz以上。MOSFET是場控型器件，在靜態(tài)時幾乎不需要輸入電流。但是在開關(guān)過程中需要對輸入電容充放電，仍需要一定的驅(qū)動功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源此后，Cin繼續(xù)放電，uGS從UGPS繼續(xù)課題四 開關(guān)電源圖415 功率MOSFET的開關(guān)過程（a）MOSFET開關(guān)特性的測試電路 （b）波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖415 功率MOSFET的開關(guān)過程（課題四 開關(guān)電源2）功率MOSFET的主要參數(shù)漏極電壓UDS它就是MOSFET的額定電壓，選用時必須留有較大安全余量。漏極最大

25、允許電流IDM它就是MOSFET的額定電流，其大小主要受管子的溫升限制。柵源電壓UGS柵極與源極之間的絕緣層很薄，承受電壓很低，一般不得超過20V，否則絕緣層可能被擊穿而損壞，使用中應(yīng)加以注意?？傊瑸榱税踩煽?，在選用MOSFET時，對電壓、電流的額定等級都應(yīng)留有較大余量。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）功率MOSFET的主要參數(shù)電力電子技術(shù)課題四 開關(guān)電源（3）功率MOSFET的驅(qū)動與保護(hù)1）功率MOSFET的驅(qū)動對柵極驅(qū)動電路的要求能向柵極提供需要的柵壓，以保證可靠開通和關(guān)斷MOSFET。減小驅(qū)動電路的輸出電阻，以提高柵極充放電速度，從而提高M(jìn)OSFET的開關(guān)速度。主電路與控制電路需要

26、電的隔離。應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，這是由于MOSFET通常工作頻率高、輸入電阻大、易被干擾的緣故。理想的柵極控制電壓波形，如圖4-16所示。提高正柵壓上升率可縮短開通時間，但也不宜過高，以免MOSFET開通瞬間承受過高的電流沖擊。正負(fù)柵壓幅值應(yīng)要小于所規(guī)定的允許值。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（3）功率MOSFET的驅(qū)動與保護(hù)電力電子課題四 開關(guān)電源圖4-16 理想的柵極控制電壓波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-16 理想的柵極控制電壓波形電力電課題四 開關(guān)電源2）柵極驅(qū)動電路舉例圖4-17是功率MOSFET的一種驅(qū)動電路，它由隔離電路與放大電路兩部分組成。隔離電路的作用是將控制電路和

27、功率電路隔離開來；放大電路是將控制信號進(jìn)行功率放大后驅(qū)動功率MOSFET，推挽輸出級的目的是進(jìn)行功率放大和降低驅(qū)動源內(nèi)阻，以減小功率MOSFET的開關(guān)時間和降低其開關(guān)損耗。驅(qū)動電路的工作原理是：當(dāng)無控制信號輸入時（ui=“0”），放大器A輸出低電平，V3導(dǎo)通，輸出負(fù)驅(qū)動電壓，MOSFET關(guān)斷；當(dāng)有控制信號輸入時（ui=“1”），放大器A輸出高電平，V2導(dǎo)通，輸出正驅(qū)動電壓，MOSFET導(dǎo)通。實際應(yīng)用中，功率MOSFET多采用集成驅(qū)動電路，如日本三菱公司專為MOSFET設(shè)計的專用集成驅(qū)動電路M57918L，其輸入電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓為+15V和-10

28、V。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）柵極驅(qū)動電路舉例電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-17 功率MOSFET的一種驅(qū)動電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-17 功率MOSFET的一種驅(qū)動電課題四 開關(guān)電源（1）MOSFET的保護(hù)電路功率MOSFET的薄弱之處是柵極絕緣層易被擊穿損壞。一般認(rèn)為絕緣柵場效應(yīng)管易受各種靜電感應(yīng)而擊穿柵極絕緣層，實際上這種損壞的可能性還與器件的大小有關(guān)，管芯尺寸大，柵極輸入電容也大，受靜電電荷充電而使柵源間電壓超過20V而擊穿的可能性相對小些。此外，柵極輸入電容可能經(jīng)受多次靜電電荷充電，電荷積累使柵極電壓超過20V而擊穿的可能性也是實際存在的。電力電子技術(shù) 課

29、題四 開關(guān)電源（1）MOSFET的保護(hù)電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源為此，在使用時必須注意若干保護(hù)措施。1）防止靜電擊穿功率MOSFET的最大優(yōu)點是具有極高的輸入阻抗，因此在靜電較強(qiáng)的場合難于泄放電荷，容易引起靜電擊穿。防止靜電擊穿應(yīng)注意：在測試和接入電路之前器件應(yīng)存放在靜電包裝袋，導(dǎo)電材料或金屬容器中，不能放在塑料盒或塑料袋中。取用時應(yīng)拿管殼部分而不是引線部分。工作人員需通過腕帶良好接地。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源為此，在使用時必須注意若干保護(hù)措施。電力電課題四 開關(guān)電源將器件接入電路時，工作臺和烙鐵都必須良好接地，焊接時烙鐵應(yīng)斷電。在測試器件時，測量儀器和工作臺都必須良好接地。器件

30、的三個電極未全部接入測試儀器或電路前不要施加電壓。改換測試范圍時，電壓和電流都必須先恢復(fù)到零。注意柵極電壓不要過限。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源將器件接入電路時，工作臺和烙鐵都必須良好課題四 開關(guān)電源2)防止偶然性振蕩損壞器件功率MOSFET與測試儀器、接插盒等的輸入電容、輸入電阻匹配不當(dāng)時可能出現(xiàn)偶然性振蕩，造成器件損壞。因此在用圖示儀等儀器測試時，在器件的柵極端子處外接10k串聯(lián)電阻，也可在柵極源極之間外接大約0.5F的電容器。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2)防止偶然性振蕩損壞器件電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源3)防止過電壓首先是柵源間的過電壓保護(hù)。如果柵源間的阻抗過高，則漏源間電壓的

31、突變會通過極間電容耦合到柵極而產(chǎn)生相當(dāng)高的UGS電壓，這一電壓會引起柵極氧化層永久性損壞，如果是正方向的UGS瞬態(tài)電壓還會導(dǎo)致器件的誤導(dǎo)通。為此要適當(dāng)降低柵極驅(qū)動電壓的阻抗，在柵源之間并接阻尼電阻或并接約20V的穩(wěn)壓管。特別要防止柵極開路工作。其次是漏源間的過電壓保護(hù)。如果電路中有電感性負(fù)載，則當(dāng)器件關(guān)斷時，漏極電流的突變會產(chǎn)生比電源電壓還高得多的漏極電壓，導(dǎo)致器件的損壞。應(yīng)采取穩(wěn)壓管箝位、二極管-RC箝位或RC抑制電路等保護(hù)措施。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源3)防止過電壓電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4)防止過電流若干負(fù)載的接入或切除都可能產(chǎn)生很高的沖擊電流，以致超過電流極限值，此時必須

32、用控制電路使器件回路迅速斷開。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4)防止過電流電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源5)消除寄生晶體管和二極管的影響由于功率MOSFET內(nèi)部構(gòu)成寄生晶體管和二極管，通常若短接該寄生晶體管的基極和發(fā)射極就會造成二次擊穿。另外寄生二極管的恢復(fù)時間為150ns，而當(dāng)耐壓為450V時恢復(fù)時間為5001000ns。因此，在橋式開關(guān)電路中功率MOSFET應(yīng)外接快速恢復(fù)的并聯(lián)二極管，以免發(fā)生橋臂直通短路故障。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源5)消除寄生晶體管和二極管的影響電力電子技課題四 開關(guān)電源二、DC/DC變換電路開關(guān)電源的核心技術(shù)就是DC/DC變換電路。DC/DC變換電路就是將直流電

33、壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓。DC/DC變換電路廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、無軌電車、地鐵列車、蓄電池供電的機(jī)車車輛的無級變速以及20世紀(jì)80年代興起的電動汽車的調(diào)速及控制。常見的DC/DC變換電路有非隔離型電路、隔離型電路和軟開關(guān)電路。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源二、DC/DC變換電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源1非隔離型電路非隔離型電路即各種直流斬波電路，根據(jù)電路形式的不同可以分為降壓型電路、升壓型電路、升降壓電路、庫克式斬波電路和全橋式斬波電路。其中降壓式和升壓式斬波電路是基本形式，升降壓式和庫克式是它們的組合，而全橋式則屬于降壓式類型。下面重點介紹斬波電路的工作原理、升壓及降壓斬波電路。

34、電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源1非隔離型電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（1）直流斬波器的工作原理最基本的直流斬波電路如圖4-18（a）所示，負(fù)載為純電阻R。當(dāng)開關(guān)S閉合時，負(fù)載電壓uo=E，并持續(xù)時間TON；當(dāng)開關(guān)S斷開時，負(fù)載上電壓uo=0V，并持續(xù)時間TOFF。則T=TON+TOFF為斬波電路的工作周期，斬波器的輸出電壓波形如圖4-18（b）所示。若定義斬波器的占空比 ，則由波形圖上可得輸出電壓得平均值為 只要調(diào)節(jié)k，即可調(diào)節(jié)負(fù)載的平均電壓。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（1）直流斬波器的工作原理電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-18 基本斬波電路及其波形（a）電路 （b）波形（R負(fù)

35、載）電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-18 基本斬波電路及其波形電力電子課題四 開關(guān)電源（2）降壓斬波電路1）電路的結(jié)構(gòu)降壓斬波電路是一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)的調(diào)速。降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖4-19所示。圖中，U為固定電壓的直流電源，V為晶體管開關(guān)（可以是大功率晶體管，也可以是功率場效應(yīng)晶體管）。L、R、電動機(jī)為負(fù)載，為在V關(guān)斷時給負(fù)載中的電感電流提供通道，還設(shè)置了續(xù)流二極管VD。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（2）降壓斬波電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）電路的工作原理t=0時刻，驅(qū)動V導(dǎo)通，電源U向負(fù)載供電，忽略V的導(dǎo)通壓

36、降，負(fù)載電壓Uo=U，負(fù)載電流按指數(shù)規(guī)律上升。t=t1時刻，撤去V的驅(qū)動使其關(guān)斷，因感性負(fù)載電流不能突變，負(fù)載電流通過續(xù)流二極管VD續(xù)流，忽略VD導(dǎo)通壓降，負(fù)載電壓Uo=0V，負(fù)載電流按指數(shù)規(guī)律下降。為使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，一般需串聯(lián)較大的電感L，L也稱為平波電感。t=t2時刻，再次驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上述工作過程。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期內(nèi)的起始值和終了值。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）電路的工作原理電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-19 降壓斬波電路的原理圖及工作波形（a）電路圖 （b）電流連續(xù)時的波形 （c）電流斷續(xù)時的波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-1

37、9 降壓斬波電路的原理圖及工作波形課題四 開關(guān)電源由前面的分析知，這個電路的輸出電壓平均值為，由于k1，所以UoU，即斬波器輸出電壓平均值小于輸入電壓，故稱為降壓斬波電路。而負(fù)載平均電流為 當(dāng)平波電感L較小時，在V關(guān)斷后，未到t2時刻，負(fù)載電流已下降到零，負(fù)載電流發(fā)生斷續(xù)。負(fù)載電流斷續(xù)時，其波形如圖4-19(c）所示。由圖可見，負(fù)載電流斷續(xù)期間，負(fù)載電壓uo=EM。因此，負(fù)載電流斷續(xù)時，負(fù)載平均電壓Uo升高，帶直流電動機(jī)負(fù)載時，特性變軟，是我們所不希望的。所以在選擇平波電感L時，要確保電流斷續(xù)點不在電動機(jī)的正常工作區(qū)域。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源由前面的分析知，這個電路的輸出電壓平均值為課

38、題四 開關(guān)電源（3）升壓斬波電路1）升壓斬波電路的輸出電壓總是高于輸入電壓。升壓式斬波電路與降壓式斬波電路最大的不同點是，斬波控制開關(guān)V與負(fù)載呈并聯(lián)形式連接，出能電感與負(fù)載呈串聯(lián)形式連接，升壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖4-20所示。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（3）升壓斬波電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源a）電路圖 （b）波形圖4-20 升壓斬波電路及其工作波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源a）電路圖 課題四 開關(guān)電源2）電路的工作原理：當(dāng)V導(dǎo)通時（TON），能量儲存在L中。由于VD截止，所以TON期間負(fù)載電流由C供給。在TOFF期間，V截止，儲存在L中的能量通過VD傳送到負(fù)載和C，其

39、電壓的極性與U相同，且與U相串聯(lián)，提供一種升壓作用。如果忽略損耗和開關(guān)器件上的電壓降，則有上式中的T/TOFF1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。式中T/TOFF表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓Uo的大小。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）電路的工作原理：電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源4）升降壓斬波電路1）電路的結(jié)構(gòu)升降壓斬波電路可以得到高于或低于輸入電壓的輸出電壓。電路原理圖如圖421所示，該電路的結(jié)構(gòu)特征是儲能電感與負(fù)載并聯(lián)，續(xù)流二極管VD反向串聯(lián)接在儲能電感與負(fù)載之間。電路分析前可先假設(shè)電路中電感L很大，使電感電流iL和電容電壓及負(fù)載電壓uo基本穩(wěn)定。電力電子技術(shù)

40、 課題四 開關(guān)電源4）升降壓斬波電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）電路的工作原理電路的基本工作原理是：V通時，電源U經(jīng)V向L供電使其貯能，此時二極管VD反偏，流過V的電流為i1。由于VD反偏截止，電容C向負(fù)載R提供能量并維持輸出電壓基本穩(wěn)定，負(fù)載R及電容C上的電壓極性為上負(fù)下正，與電源極性相反。V斷時，電感L極性變反，VD正偏導(dǎo)通，L中儲存的能量通過VD向負(fù)載釋放，電流為i2，同時電容C被充電儲能。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即 當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL =U；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL = -

41、uo。于是有UTON=UOTOFF所以輸出電壓為：上式中，若改變占空比k，則輸出電壓既可高于電源電壓，也可能低于電源電壓。由此可知，當(dāng)0k1/2時，斬波器輸出電壓低于直流電源輸入，此時為降壓斬波器； 當(dāng)1/2k1時，斬波器輸出電壓高于直流電源輸入，此時為升壓斬波器。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2）電路的工作原理電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-21 升降壓斬波電路及其工作波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4-21 升降壓斬波電路及其工作波形電力課題四 開關(guān)電源2隔離型電路（1）正激電路正激電路包含多種不同結(jié)構(gòu)，典型的單開關(guān)正激電路及其工作波形如圖422所示。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源

42、2隔離型電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖422 正激電路原理圖及理想化波形（a）電路原理圖 (b)理想化波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖422 正激電路原理圖及理想化波形電課題四 開關(guān)電源電路的簡單工作過程：開關(guān)S開通后，變壓器繞組W1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的繞組W2兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VDl處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感上的電流逐漸增長；S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷，L的電流逐漸下降。S關(guān)斷后變壓器的勵磁電流經(jīng)繞組W3和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為式中 N1變壓器繞組W1的匝數(shù)； N3變壓器繞組W3的匝數(shù)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源電路的簡

43、單工作過程：開關(guān)S開通后，變壓器繞課題四 開關(guān)電源變壓器中各物理量的變化過程如圖4-23所示。圖423 磁心復(fù)位過程電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源變壓器中各物理量的變化過程如圖4-23所示課題四 開關(guān)電源開關(guān)S開通后，變壓器的勵磁電流im由零開始，隨著時間的增加而線性地增長，直到S關(guān)斷。S關(guān)斷后到下一次再開通的一段時間內(nèi)，必須設(shè)法使勵磁電流降回零，否則下一個開關(guān)周期中，勵磁電流將在本周期結(jié)束時的剩余值基礎(chǔ)上繼續(xù)增加，并在以后的開關(guān)周期中依次累積起來，變得越來越大，從而導(dǎo)致變壓器的勵磁電感飽和。勵磁電感飽和后，勵磁電流會更加迅速地增長，最終損壞電路中的開關(guān)器件。因此在S關(guān)斷后使勵磁電流降回零是非

44、常重要的，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源開關(guān)S開通后，變壓器的勵磁電流im由零開始課題四 開關(guān)電源在正激電路中，變壓器的繞組W3和二極管VD3組成復(fù)位電路。下面簡單分析其工作原理。開關(guān)S關(guān)斷后，變壓器勵磁電流通過W3繞組和VD3流回電源，并逐漸線性的下降為零。從S關(guān)斷到W3繞組的電流下降到零所需的時間。S處于斷態(tài)的時間必須大于Trst，以保證S下次開通前勵磁電流能夠降為零，使變壓器磁心可靠復(fù)位。在輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下，即S開通時電感L的電流不為零，輸出電壓與輸入電壓的比為如果輸出電感電路電流不連續(xù)，輸出電壓將高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為

45、零的極限情況下，。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源在正激電路中，變壓器的繞組W3和二極管VD課題四 開關(guān)電源（2）反激電路反激電路及其工作波形如圖424所示。同正激電路不同，反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。S開通后，VD處于斷態(tài)，繞組W1的電流線性增長，電感儲能增加；S關(guān)斷后，繞組W1的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過繞組W2和VD向輸出端釋放。S關(guān)斷后承受的電壓的電壓為電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（2）反激電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源反激電路可以工作在電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種模式：1)如果當(dāng)S開通時，繞組W2中的電流尚未下降到零，則稱電路工作于電流

46、連續(xù)模式。2)如果S開通前，繞組W2中的電流已經(jīng)下降到零，則稱電路工作于電流斷續(xù)模式。當(dāng)工作于電流連續(xù)模式時， 當(dāng)電路工作在斷續(xù)模式時，輸出電壓高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下，Uo，這將損壞電路中的器件，因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源反激電路可以工作在電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種模課題四 開關(guān)電源圖424 反激電路原理圖及理想化工作波形（a）電路原理圖 (b)理想化波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖424 反激電路原理圖及理想化工作波課題四 開關(guān)電源（3）半橋電路半橋電路的原理及工作波形如圖425所示。在半橋電路中，變壓器一次繞

47、組兩端分別連接在-電容C1、C2的中點和開關(guān)S1、S2的中點。電容C1、C2的中點電壓為Ui2。S1與S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui2的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可改變二次整流電壓Ud的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。Sl導(dǎo)通時，二極管VD1處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài)，當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組Wl中的電流為零，根據(jù)變壓器的磁動勢平衡方程，繞組W2和W3中的電流大小相等、方向相反，所以VDl和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1或S2導(dǎo)通時電感上的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感上的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時承受的峰值電壓均為Ui。電力電子技術(shù)

48、課題四 開關(guān)電源（3）半橋電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源由于電容的隔直作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造成的變壓器一次電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。為了避免上下兩開關(guān)在換流的過程中發(fā)生短暫的同時導(dǎo)通現(xiàn)象而造成短路損壞開關(guān)器件，每個開關(guān)各自的占空比不能超過50，并應(yīng)留有裕量。當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時，有如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式中的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下，。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源由于電容的隔直作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)課題四 開關(guān)電源圖425 半橋電路原理圖及理想化工作波形（a）電

49、路原理圖 (b)理想化波形 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖425 半橋電路原理圖及理想化工作課題四 開關(guān)電源（4）全橋電路全橋電路的原理圖和工作波形如圖426所示。全橋電路中互為對角的兩個開關(guān)同時導(dǎo)通，而同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，將直流電壓成幅值為Ui的交流電壓，加在變壓器一次側(cè)。改變開關(guān)的占空比，就可以改變Ud的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。當(dāng)S1與S4開通后，二極管VD1和VD4處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升；S2與S3開通后，二極管VD2和VD3處于通態(tài)，電感L的電流也上升。當(dāng)4個開關(guān)都關(guān)斷時，4個二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降。S1和S4斷態(tài)時承受

50、的峰值電壓均為Ui。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（4）全橋電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源若S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時間不對稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會在變壓器一次電流中產(chǎn)生很大的直流分量，并可能造成磁路飽和，因此全橋應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次回路電路中串聯(lián)一個電容，以阻斷直流電流。為了避免同一側(cè)半橋中上下兩開關(guān)在換流的過程中發(fā)生短暫的同時導(dǎo)通現(xiàn)象而損壞開關(guān)，每個開關(guān)各自的占空比不能超過50，并應(yīng)留有裕量。當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時，有如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式中的計算值，并隨負(fù)載減小而升 高，在負(fù)載電流為零的極限情況下， 。電力電子技術(shù) 課題

51、四 開關(guān)電源若S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時間不對稱，課題四 開關(guān)電源圖426 全橋電路原理圖及理想化工作波形（a）電路原理圖 (b)理想化波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖426 全橋電路原理圖及理想化工作波課題四 開關(guān)電源（5）推挽電路推挽電路的原理及工作波形如圖427所示。推挽電路中兩個開關(guān)S1和S2交替導(dǎo)通，在繞組W1和W2兩端分別形成相位相反的交流電壓。S1導(dǎo)通時，二極管VD1處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài)，當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1或S2導(dǎo)通時電感L的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感L的電流逐漸下降。Sl和S2斷態(tài)時承受的

52、峰值電壓均為2倍Ui。 如果Sl和S2同時導(dǎo)通，就相當(dāng)于變壓器一次繞組短路，因此應(yīng)避免兩個開關(guān)同時導(dǎo)通，每個開關(guān)各自的占空比不能超過50，還要留有死區(qū) 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源（5）推挽電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時，有如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式中的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下，。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時，有如果輸出電感電課題四 開關(guān)電源圖427 推挽電路原理圖及理想化工作波形（a）電路原理圖 (b)理想化波形電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖427 推挽電路原理圖及理想化工作波課題四 開

53、關(guān)電源三、開關(guān)狀態(tài)控制電路1開關(guān)狀態(tài)控制方式的種類開關(guān)電源中，開關(guān)器件開關(guān)狀態(tài)的控制方式主要有占空比控制和幅度控制兩大類。（1）占空比控制方式 占空比控制又包括脈沖寬度控制和脈沖頻率控制兩大類。 1)脈沖寬度控制 脈沖寬度控制是指開關(guān)工作頻率(即開關(guān)周期T)固定的情況下直接通過改變導(dǎo)通時間(TON)來控制輸出電壓Uo大小的一種方式。因為改變開關(guān)導(dǎo)通時間TON就是改變開關(guān)控制電壓UC的脈沖寬度，因此又稱脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源三、開關(guān)狀態(tài)控制電路電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源PWM控制方式的優(yōu)點是，因為采用了固定的開關(guān)頻率，因此，設(shè)計濾波電路時就簡單方便；其缺

54、點是，受功率開關(guān)管最小導(dǎo)通時間的限制，對輸出電壓不能作寬范圍的調(diào)節(jié)，此外，為防止空載時輸出電壓升高，輸出端一般要接假負(fù)載(預(yù)負(fù)載)。 目前，集成開關(guān)電源大多采用PWM控制方式。 2)脈沖頻率控制 脈沖頻率控制是指開關(guān)控制電壓UC的脈沖寬度(即TON)不變的情況下，通過改變開關(guān)工作頻率(改變單位時間的脈沖數(shù)，即改變T)而達(dá)到控制輸出電壓Uo大小的一種方式，又稱脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制。（2）幅度控制方式 即通過改變開關(guān)的輸入電壓Us的幅值而控制輸出電壓Uo大小的控制方式，但要配以滑動調(diào)節(jié)器。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源PWM控制方式的優(yōu)點是，因為采用了固定的開課題四 開關(guān)電源2PWM控制電路

55、的基本構(gòu)成和原理圖428是PWM控制電路的基本組成和工作波形。可見，PWM控制電路由以下幾部分組成：基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器，提供一個供輸出電壓進(jìn)行比較的穩(wěn)定電壓和一個內(nèi)部IC電路的電源；振蕩器，為PWM比較器提供一各鋸齒波和與該鋸齒波同步的驅(qū)動脈沖控制電路的輸出；誤差放大器，使電源輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；以正確的時序使輸出開關(guān)管導(dǎo)通的脈沖倒相電路。 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源2PWM控制電路的基本構(gòu)成和原理電力電子課題四 開關(guān)電源圖428 PWM控制電路 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖428 PWM控制電路 電力電子技術(shù)課題四 開關(guān)電源企及本工作過程如下：輸出開關(guān)管在鋸齒波的起始點被導(dǎo)通。由

56、于鋸齒波電壓比誤差放大器的輸出電壓低，所以PWM比較器的輸出較高，因為同步信號已在斜坡電壓的起始點使倒相電路工作，所以脈沖倒相電路將這個高電位輸出使V1導(dǎo)通，當(dāng)斜坡電壓比誤差放大器的輸出高時，PWM比較器的輸出電壓下降，通過脈沖倒相電路使V1截止，下一個斜坡周期則重復(fù)這個過程。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源企及本工作過程如下：輸出開關(guān)管在鋸齒波的起課題四 開關(guān)電源3 PWM控制器集成芯片介紹（1）SG1524/2524/3524 系列PWM控制器電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源3 PWM控制器集成芯片介紹電力電子技術(shù)課題四 開關(guān)電源圖429 SG1524結(jié)構(gòu)框圖電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源圖4

57、29 SG1524結(jié)構(gòu)框圖電力電子課題四 開關(guān)電源SGl524是雙列直插式集成芯片，其結(jié)構(gòu)框圖如圖429所示。它包括基準(zhǔn)電源、鋸齒波振蕩器、電壓比較器、邏輯輸出、誤差放大以及檢測和保護(hù)等部分。SG2524和SG3524也屬這個系列，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能相同，僅工作電壓及工作溫度有差異?；鶞?zhǔn)電源由15端輸入830V的不穩(wěn)定直流電壓，經(jīng)穩(wěn)壓輸出+5V基準(zhǔn)電壓，供片內(nèi)所有電路使用，并由16端輸出+5V的參考電壓供外部電路使用，其最大電流可達(dá)100mA 電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源SGl524是雙列直插式集成芯片，其結(jié)構(gòu)框課題四 開關(guān)電源振蕩器通過7端和6端分別對地接上一個電容CT和電阻RT后，在CT上輸

58、出頻率為入的鋸齒波。比較器反向輸入端輸入直流控制電壓Ue；同相輸入端輸入鋸齒波電壓Usa。當(dāng)改變直流控制電壓大小時，比較器輸出端電壓UA即為寬度可變的脈沖電壓，送至兩個或非門組成的邏輯電路。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源振蕩器通過7端和6端分別對地接上一個電容C課題四 開關(guān)電源振蕩器通過7端和6端分別對地接上一個電容CT和電阻RT后，在CT上輸出頻率為入的鋸齒波。比較器反向輸入端輸入直流控制電壓Ue；同相輸入端輸入鋸齒波電壓Usa。當(dāng)改變直流控制電壓大小時，比較器輸出端電壓UA即為寬度可變的脈沖電壓，送至兩個或非門組成的邏輯電路。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源振蕩器通過7端和6端分別對地接上一

59、個電容C課題四 開關(guān)電源每個或非門有3個輸入端，其中：一個輸入為寬度可變的脈沖電壓UA；一個輸入分別來自觸發(fā)器輸出的Q和端(它們是鋸齒波電壓分頻后的方波)；再一個輸入(B點)為鋸齒波同頻的窄脈沖。在不考慮第3個輸入窄脈沖時，兩個或非門輸出(C、D點)分別經(jīng)三極管V1、V2放大后的波形T1、T2如圖430所示。它們的脈沖寬度由Ue控制，周期比Usa大一倍，且兩個波形的相位差為180。這樣的波形適用于可逆PWM電路?；蚍情T第3個輸入端的窄脈沖使這期間兩個三極管同時截止，以保證兩個三極管的導(dǎo)通有一短時間隔，可作為上、下兩管的死區(qū)。當(dāng)用于不可逆PWM時，可將兩個三極管的e、e極并聯(lián)使用。電力電子技術(shù)

60、課題四 開關(guān)電源每個或非門有3個輸入端，其中：一個輸入為寬課題四 開關(guān)電源誤差放大器在構(gòu)成閉環(huán)控制時，可作為運算放大器接成調(diào)節(jié)器使用。如將l端和9端短接，該放大器作為一個電壓跟隨器使用，由2端輸入給定電壓來控制SG1524輸出脈沖寬度的變化。當(dāng)保護(hù)輸入端10的輸入達(dá)一定值時，三極管V3導(dǎo)通，使比較器的反相端為零，A端一直為高電平，V1、V2均截止，以達(dá)到保護(hù)的目的。檢測放大器的輸入可檢測出較小的信號，當(dāng)4、5端輸入信號達(dá)到一定值時，同樣可使比較器的反相輸入端為零，亦起保護(hù)作用。使用中可利用上述功能來檢測需要限制的信號（如電流）對主電路實現(xiàn)保護(hù)。電力電子技術(shù) 課題四 開關(guān)電源誤差放大器在構(gòu)成閉環(huán)