開關(guān)功率MOS管課件

開關(guān)功率MOS管MOSFET分為P溝道增強(qiáng)型、P溝道耗盡型和N溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型4種類型。增強(qiáng)型MOS具有應(yīng)用方便的“常閉”特性（即驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零時(shí)，輸出電流等于零）。在開關(guān)電源中使用的MOS管幾乎全是N溝道增強(qiáng)型器件。MOS管主要具備較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非常快的開關(guān)速度。1/16/2023MOS管主要工作特性（優(yōu)點(diǎn)）其工作頻率可以達(dá)20KHz以上，有的甚至可以達(dá)到100KHz~200KHz~2MHz，從而可以選用小型化的磁性元件和電感；是一種電壓控制元件，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單；MOS管中大都集成有阻尼二極管，而三極管區(qū)沒有這個(gè)阻尼二極管；體積小、重量輕；高速、大功率、高耐壓（可以達(dá)到1400V以上NMOS）；高增益，存儲(chǔ)時(shí)間不受限制，不會(huì)熱擊穿。1/16/2023MOS管主要工作特性（缺點(diǎn)）導(dǎo)通電阻（Rds(on)）較大，具有正溫度系數(shù)，用在大電流開關(guān)狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通損耗較大；開啟門限驅(qū)動(dòng)電壓較高（一般2~4V）；P溝道MOS管耐壓還不是很高，很難找到與N溝道配對(duì)的“圖騰柱”輸出。1/16/2023MOS管原理MOS管是電壓控制器件，為了在D極獲得一個(gè)較大電流，在MOS管的G極和S極間必須加一個(gè)受控的電壓，因MOS的柵極與源極在電氣上是靠硅氧化層相互隔離的，管子加電后只有很少的一點(diǎn)漏電流從所加電源端流入到柵極。因此，可以說MOS管具有極高的增益和阻抗。為了驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通，需要在柵極和源極間加入電壓脈沖，用于產(chǎn)生有效的充電電流，給MOS管的輸入電容Ciss充電。1/16/2023MOS管驅(qū)動(dòng)電阻為提高M(jìn)OS管的開關(guān)速度，驅(qū)動(dòng)電阻Rg不可特大，可用公式得到其值：Rg=tr（或tf）/2.2Ciss

驅(qū)動(dòng)電流脈沖值：Ig=Ciss×（dV/dt）其中Rg：驅(qū)動(dòng)阻抗，Ω；Ciss：MOS管的輸入電容，F(xiàn)；tr和tf：分別為MOS管的上升時(shí)間和下降時(shí)間，s；dV/dt：驅(qū)動(dòng)源的電壓變化率，V/s；G-S電壓無，MOS管關(guān)閉，D-S程高阻狀態(tài)，抑制電流通過。請(qǐng)看IRF640.PDF1/16/2023設(shè)計(jì)MOS管遵守的原則MOS各腳連線盡量短，特別是G極的長度，如實(shí)在無法減少其長度，可以用一小磁環(huán)或一小電阻與MOS管串接起來。1/16/2023TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖其內(nèi)部電路圖為：1/16/2023穩(wěn)壓管TL431TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。1/16/2023穩(wěn)壓管TL431從該器件的符號(hào)看。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。從下圖可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管圖1的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用TL431的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。1/16/2023TL431工作原理由上圖可知，它相當(dāng)于一只可調(diào)的穩(wěn)壓管，輸出電壓由R1和R2來設(shè)定，VO=VKA=(1+R1/R2)*VREFR3是限流電阻，VREF是常態(tài)下的基準(zhǔn)電壓（2.5V）。具體數(shù)據(jù)請(qǐng)看：TL431.PDF1/16/2023TL431在開關(guān)電源中的作用1如圖1/16/2023TL431在開關(guān)電源中應(yīng)用在過去的普通開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過誤差放大后直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應(yīng)用中也能較好地發(fā)揮作用，但隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今世界的電源制造業(yè)大多已采用一種有類似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方案。此類結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源有以下特點(diǎn)：輸出經(jīng)過TL431(可控分流基準(zhǔn))反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個(gè)電流模式的PWM控制器的開關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。其它具體參數(shù)請(qǐng)參考課本34頁。1/16/2023PC817光耦詳解二極管正向電流IF生成一個(gè)光源，使光敏三極管產(chǎn)生一集電極電流IC供給負(fù)載電阻RL；光敏二極管共有三個(gè)重要參數(shù)：1）二極管正向電流IF；2）二極管正向壓降VF；3）輸入電壓Vin；限流電阻R=（Vin-VF）IF，一般生產(chǎn)廠家給出VF和IF，可以計(jì)算出R的值。光敏輸出有一個(gè)重要參數(shù)：輸出IC=η×IF

這里的，η：耦合系數(shù)（傳輸率），一般廠家會(huì)給出；1/16/2023電源輸入級(jí)世界各國電力系統(tǒng)：地區(qū)電壓（V）頻率（Hz）美國11760歐洲24050日本10060中東24050/601/16/2023濾波電感共模電感：L=1/（（2×3.14×f）2×C）差模