畢業(yè)論文200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源

1、河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)題目：200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源設(shè)計(jì)者：xxx指導(dǎo)教師：xxx電氣工程系工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)xxx班xxxx年x月x日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書指導(dǎo)教師職稱教研室學(xué)生姓名班級(jí)田效伍講師自動(dòng)化賈軍輝自動(dòng)化215設(shè)計(jì)題目：200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)間：二零零四年三月至五月設(shè)計(jì)任務(wù)：1、研究開關(guān)電源的工作原理。 2、研究開關(guān)電源高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法。 3、設(shè)計(jì)200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源的硬件電路。畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)教師評(píng)閱成績(jī)指導(dǎo)教師認(rèn)定成績(jī)小組答辯成績(jī)答辯時(shí)間答辯委員會(huì)評(píng)定成績(jī)答辯委員會(huì)主任(簽名)本頁(yè)內(nèi)容由指導(dǎo)教師親自填寫摘要由于新的電子器件，新的電磁材料，新變換技術(shù)，新控

2、制理論及新的軟件，不斷地出現(xiàn)并應(yīng)用到開關(guān)電源的緣故。使得開關(guān)電源更上一層樓，達(dá)到頻率高，功率密度高，功率因數(shù)高，可靠性高。開關(guān)電源的種類很，本次設(shè)計(jì)僅針對(duì)正激式變換器電路所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源電路。從整體來(lái)看，該設(shè)計(jì)電路與其他的開關(guān)電源電路沒(méi)有很大的變化。就局部來(lái)看，電源電路由整流、濾波、變換電路組成。變換電路中由MOSFET管作驅(qū)動(dòng)，與其他開關(guān)電源電路不同的是采用了SG1525A芯片。第一章是概論部分，概述了開關(guān)電源的特性以及環(huán)境影響.第二章詳細(xì)地對(duì)整流、濾波電路進(jìn)行介紹。然后，對(duì)正激式變換電路進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)它的分析，進(jìn)一步講述200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)方案，從該電路的工作原理開始，逐

3、步分析之后。又研究了 開關(guān)電源高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)一個(gè)例子講述了變壓器的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源中運(yùn)用了一個(gè)新的芯片。因此，第三章又對(duì)該芯（SG1525A）片進(jìn)行介紹。該電路中的驅(qū)動(dòng)電路中運(yùn)用了MOSFET管，因而也對(duì)該管也有簡(jiǎn)單地介紹。最后一章對(duì)該設(shè)計(jì)的開關(guān)電源是否滿足你對(duì)它的要求進(jìn)行檢驗(yàn)，這一章主要是對(duì)設(shè)計(jì)電路的檢驗(yàn)。從幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。分析設(shè)計(jì)電路的可行性。目錄第一章概論11.1開關(guān)電源的概述11.2電氣技術(shù)指標(biāo) 11.3機(jī)械結(jié)構(gòu)41.4環(huán)境條件4第二章200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)52.1工作原理52.2電路分析52.3變換電路82.4使用MOSFET管正激

4、式變換電路14第三章開關(guān)電源電路局部器件 163.1集成控制器163.2功率MOSFET管18第四章200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源的實(shí)驗(yàn)結(jié)果22主要參考文獻(xiàn)27第一章 概論1.1 開關(guān)電源的概述開關(guān)電源是調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)的一類電源。由于它們具有體積小、重量輕和效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展非常迅速，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。按照輸出是否與由調(diào)整元件（開關(guān)元件）等構(gòu)成的其他部分隔離，這種電源可分為非隔離型和隔離型兩種類型；按照開關(guān)元件的激勵(lì)方式，可分為自激式和他激式類型；按照調(diào)整輸出電壓的方式，可分為脈寬調(diào)制（PWM）式、頻率調(diào)制式和脈寬頻率混合調(diào)制式三各類型；按照電源的輸入，可分為AC/DC和DC/DC兩種

5、類型；按照開關(guān)元件的連接開工，可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種類型。開關(guān)電源還可按其他方式分類，這兒不再一一列舉。1.2電氣技術(shù)指標(biāo)1.2.1 輸入技術(shù)指標(biāo)作為開關(guān)電源的輸入技術(shù)指標(biāo)有輸入電源相數(shù)、額定輸入電壓及電壓的變化范圍、頻率輸入電流等。輸入電源一般為單相2線制和3相3線制，還有單相3線制及3相4線制等。電源的額定電壓因各國(guó)或地區(qū)不同而異，例如，美國(guó)規(guī)定的交流輸入電源電壓為120V，歐洲220240V，日本為100V及200V，我國(guó)為220V及380V。，輸入電壓的變化范圍一般為±10%，加上配線路徑及各國(guó)的具體情況，輸入電壓的變化范圍多為15%，10%。開關(guān)電源的輸入幾乎都是用電容進(jìn)

6、行平波的電容輸入方式，因此，有高次諧波失真帶來(lái)的電壓尖峰的問(wèn)題，但通常在正弦波的情況下保證上述給定的指標(biāo)。3相輸入時(shí)雖有相電壓的不平衡，但規(guī)定在輸入電壓的變化范圍之內(nèi)。工頻頻率為50 Hz或60 Hz，在頻率變化范圍不影響開關(guān)電源的特性時(shí)多半為4863Hz。還有船舶用的特殊電源頻率為400Hz，但因輸入電容濾波器的電容電流及輸入整流二極管的損耗增加等，降低了效率，若考慮要滿足EMI的規(guī)定，可以采取措施減小此影響。開關(guān)電源最大輸入電流是表示輸入電壓為下限值時(shí)，輸出電壓及電流為上限值時(shí)的輸入電流。額定輸入電流是在輸入電壓及輸出電壓、電流為額定時(shí)的電流。開關(guān)電源的輸入平波方式是電容輸入方式，有較大的

7、峰值電流，要有考慮電流的波峰系數(shù)（最大值/有效值之比，通常為3.5）以及功率因數(shù)的規(guī)定。輸入電壓瞬時(shí)跌落或瞬時(shí)斷電時(shí)，在額定輸出電壓與電流條件下規(guī)定的輸入電壓是額定輸入電壓。瞬時(shí)斷電有10ms與20ms，若實(shí)用時(shí)按規(guī)定瞬時(shí)斷電，多數(shù)情況下不會(huì)有問(wèn)題。在輸入的下限，輸出保持時(shí)間變得很短，但100%輸出時(shí)，在較低額定輸入條件下，實(shí)用上問(wèn)題也不大。在規(guī)定的時(shí)間間隔對(duì)輸入電壓進(jìn)行通斷時(shí)，輸入電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前流經(jīng)的最大瞬時(shí)電流為沖擊電流。對(duì)于開關(guān)電源是輸入電源接通時(shí)與其后輸出電壓上升時(shí)流經(jīng)的電流，這是由于輸入開關(guān)的承受能力所限制，峰值電流，由于每隔幾十秒通斷時(shí)防止功能不能動(dòng)作，因此，也要規(guī)定通斷的重

8、復(fù)時(shí)間。漏電流是流經(jīng)輸入側(cè)地線的電流，從安全考慮一般規(guī)定為0.51 mA。效率是指輸入輸出為額定值時(shí)，其輸出功率與輸入有效功率之比值。效率隨輸出電壓、電流與輸出路數(shù)及開關(guān)方式不同而異，多為70% 80%。并隨輸入與輸出的條件而變化，因此，要注意電子設(shè)備的散熱條件等。1.2.2 輸出技術(shù)指標(biāo)輸出端的直流電壓的值稱為額定輸出電壓，對(duì)于其公稱電壓規(guī)定有精度與紋波系數(shù)等。額定輸出電流是指輸出端供給負(fù)載的最大平均電流。根據(jù)電子設(shè)備的不同，多路輸出電源中某路輸出電流增大，另路輸出電流就得減小，保持總的輸出電流不變。市售的開關(guān)電源產(chǎn)品為其使用通用性，多是在初級(jí)側(cè)允許功率范圍以內(nèi)，增大次級(jí)側(cè)各路輸出功率。穩(wěn)壓

9、精度也稱為輸出電壓精度或電壓調(diào)整率，輸出電壓變動(dòng)有多咱原因。例如：（a）靜態(tài)輸入電壓的變動(dòng)，這是指在其他指標(biāo)為額定情況時(shí)，在規(guī)定的范圍內(nèi)輸入電壓緩慢變動(dòng)時(shí)輸出電壓的變動(dòng)。（b）靜態(tài)負(fù)載的變動(dòng)，這是指其他指標(biāo)為額定條件下，輸出電流在規(guī)定的范圍內(nèi)緩慢變動(dòng)時(shí)的輸出電壓的變動(dòng)。在規(guī)定負(fù)載變動(dòng)范圍，由于多路輸出的條件有非穩(wěn)定輸出的情況，包括規(guī)定最低負(fù)載電流。最低負(fù)載電流以下的規(guī)定精度一般是指保護(hù)功能不動(dòng)作的范圍內(nèi)的情況。另外，對(duì)于多路輸出的電源，電路方式的不同也會(huì)以其他輸出負(fù)載變動(dòng)的影響。（c）環(huán)境溫度的變動(dòng)，這是指在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，其他指標(biāo)為額定值時(shí)輸出電壓的變動(dòng)。（d）初始特性的變動(dòng)，這是指輸入輸

10、出為額定時(shí)，接入輸入電源之后到規(guī)定時(shí)間旱輸出電壓的變動(dòng)，多為接入輸入電源后30分鐘時(shí)的值。（e）經(jīng)時(shí)特性的變動(dòng)，這是指輸入輸出為額定時(shí)，接入輸入電源后的規(guī)定時(shí)間到下一次規(guī)定時(shí)間時(shí)輸出電壓的變動(dòng)，也稱為長(zhǎng)時(shí)間特性的變動(dòng)，一般多為接入電源后30分鐘到8小時(shí)的值。（f）動(dòng)態(tài)輸入電壓的變動(dòng)，這是批以規(guī)定的變化幅度輸入電壓急劇變化時(shí)輸出電壓的變動(dòng)，一般是把輸入電壓的上限與額定輸入電壓以及額定輸入電壓與輸入電壓的下限作為變動(dòng)幅度。（g）動(dòng)態(tài)負(fù)載的變動(dòng)，這是指規(guī)定的變化幅度，輸出電流急劇變化時(shí)輸出電壓的變動(dòng)，后述的脈沖負(fù)載的規(guī)定等情況除外。輸出電壓可調(diào)范圍是指在保證電壓穩(wěn)定精度下，由外部可能調(diào)整的輸出電壓范

11、圍，一般為±5%或±10%。條件是輸入電壓的下限時(shí)輸出電壓的最大值，以及輸入電壓的上限時(shí)輸出電壓的最小值。若由電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)決定負(fù)載電流時(shí)，輸出電流的變動(dòng)范圍則是電流變動(dòng)較小的負(fù)載、感性負(fù)載等沖擊電流較大的脈沖式負(fù)載的電流變動(dòng)范圍。紋波是與輸出端呈現(xiàn)的輸入頻率及開關(guān)變換頻率同步的分量，有峰峰值表示，一般為輸出電壓的0.5%以內(nèi)。噪聲是輸出端呈現(xiàn)的除紋波以外頻率的分量，也用峰峰值表示，一般為輸出電壓的1%，也包括與紋波沿用明確區(qū)分的部分，規(guī)定是紋波與噪聲總合值，多數(shù)場(chǎng)合是規(guī)定皮噪聲總合的情況，為輸出電壓的2%以內(nèi)。1.2.3附屬功能（a）過(guò)電流保護(hù)輸出短路或過(guò)負(fù)載時(shí)對(duì)電源或負(fù)

12、載要進(jìn)行保護(hù)，即為過(guò)電流保護(hù)。保護(hù)特性有額定電流下垂特性，即字型特性、恒流特性、恒功率特性，多數(shù)為下垂特性。過(guò)電流的設(shè)定值一般為額定電流的110%130%。但在不損壞電源與負(fù)載的范圍內(nèi)，特別不規(guī)定短路保護(hù)時(shí)，電流值的情況也很多。一般為自動(dòng)恢復(fù)型。（b）過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)就是輸出端出現(xiàn)過(guò)大電壓時(shí)對(duì)負(fù)載進(jìn)行保護(hù)的功能，過(guò)電壓保護(hù)值一般規(guī)定為額定輸出電壓的130%150%。對(duì)于輸出電壓可調(diào)范圍比較大的電源，過(guò)電壓保護(hù)值規(guī)定為電壓上限時(shí)不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作即可。發(fā)生過(guò)電壓時(shí)使開關(guān)電源停振，斷開輸出?；謴?fù)的方法一般是再接通輸入電源或加復(fù)位信號(hào)使開關(guān)電源恢復(fù)正常工作狀態(tài)。（c）欠壓保護(hù)在輸出電壓達(dá)到規(guī)定值以下

13、時(shí)，檢測(cè)輸出電壓下降值，為保護(hù)負(fù)載以及防止負(fù)載誤動(dòng)作，使電源停止工作，并送出報(bào)警信號(hào)。（d）過(guò)熱保護(hù)電源內(nèi)部異?；蚴褂梅椒ú划?dāng)，電源溫升超過(guò)規(guī)定值以上時(shí)，電源停止工作，并送出報(bào)警信號(hào)。強(qiáng)制風(fēng)冷情況下，當(dāng)冷卻功能異常時(shí)，多數(shù)情況規(guī)定使用部件最高溫度以內(nèi)使電源動(dòng)作。（e）遠(yuǎn)程通/斷控制規(guī)定由外部信號(hào)通/斷電源的輸出所采用的裝置，例如，采用TTL等半導(dǎo)體器件或繼電器與開關(guān)等開環(huán)通/斷控制。還必要規(guī)定采用繼電器與開關(guān)時(shí)的機(jī)械振蕩持續(xù)時(shí)間。（f）順序不僅要規(guī)定輸出電壓的上升與下降時(shí)間，還要規(guī)定電源準(zhǔn)備就緒的各種信號(hào)。（g）遠(yuǎn)程檢測(cè)用輸出端到電壓檢測(cè)點(diǎn)的輸出引線對(duì)電壓降進(jìn)行補(bǔ)償對(duì)于大電流與高精度輸出的電源

14、這種功能不太適用。該功能的補(bǔ)償電壓降一般為額定電壓的5%，在輸出電壓的可調(diào)范圍內(nèi)。時(shí)要根據(jù)負(fù)載條件而定，以免引起振蕩等故障。（h）接口規(guī)定輸入、輸出以及信號(hào)等用端子，除端子開關(guān)、配列形式與接插件的名稱以外，還要標(biāo)記端子的編號(hào)。這時(shí)輸入部與輸出部及信號(hào)端子要很好分離開。有接任件時(shí)要標(biāo)記對(duì)方的編號(hào)，以免弄錯(cuò)。（i）絕緣用500V搖表測(cè)得輸入端與框體間以及輸入輸出端子間絕緣電阻一般要為50M以上，用100V搖表測(cè)得輸出與框體間絕緣電阻一般要為10M以上。絕緣耐壓根據(jù)輸入電壓的不同而異，但除各種安全規(guī)格規(guī)定以外，輸入在子間以及輸入與框體間每分鐘為交流1000V、1250V或1500V，輸出與框體間一般

15、沒(méi)有其他特殊的規(guī)定。輸出端子間必要時(shí)要規(guī)定特殊的絕緣。1.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)定的項(xiàng)目有：機(jī)箱的開關(guān)，外形尺寸與公差，裝配位置，裝配孔及螺釘?shù)拈L(zhǎng)度等，框體的材料及表面處理，冷卻條件，如強(qiáng)制風(fēng)冷還是自冷、通風(fēng)方向與風(fēng)量及開口尺寸，機(jī)外溫升，接口位置及顯示，操作部件的位置及文字顯示的位置、重量等。1.4 環(huán)境條件規(guī)定的使用溫度范圍隨使用場(chǎng)所不同而異，一般為550，保存溫度一般為2575。在溫度急劇變化的場(chǎng)所使用時(shí)，有必要規(guī)定溫度斜率，一般為15/小時(shí)以內(nèi)。規(guī)定的使用溫度范圍一般為20%85%，保存溫度范圍一般為18%90%，結(jié)露時(shí)必須有相應(yīng)指示。一般規(guī)定常溫與常濕的環(huán)境為1535及25%85%。

16、對(duì)于耐振動(dòng)的規(guī)定，多是在振動(dòng)頻率為1055Hz時(shí)，工作時(shí)耐振動(dòng)力為0.51.0G，不工作時(shí)為2.54G。耐沖擊的規(guī)定隨電源產(chǎn)品不同而異，為10100G數(shù)量級(jí)。第二章200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)2.1工作原理圖21是說(shuō)明開關(guān)電源的框圖和波形圖。圖21（a）由開關(guān)元件、控制電路和濾波電路三部分組成。開關(guān)串聯(lián)在電源的輸入和負(fù)載之間，構(gòu)成串聯(lián)型的電源電路。實(shí)際的開關(guān)元件常常是功率開關(guān)晶體管或MOS場(chǎng)效應(yīng)管。它在控制電路的控制之下，或者飽和導(dǎo)通，或者截止。開關(guān)接通時(shí)，UDUin，輸入電壓Uin通過(guò)濾波器加在負(fù)載電阻上。開關(guān)截止時(shí)，UD等于零。開關(guān)交替通斷，則在濾波器的輸入端產(chǎn)生矩形脈沖波。此矩形

17、脈沖再經(jīng)濾波電路濾波，即可在負(fù)載兩端產(chǎn)生平滑的直流電壓UO。很明顯，直流電壓UO的大小與一個(gè)周期中開關(guān)管接通的時(shí)間ton成正比。ton越長(zhǎng)，UO越大。因?yàn)殚_關(guān)管截止時(shí)，從扼流圈流過(guò)的電流不能立刻降到零，故增設(shè)了一只續(xù)流二極管，為此電流提供一條返回通路。圖2-1開關(guān)電源（a）框圖(b)波形圖2.2電路分析2.2.1整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟妷鹤儞Q成單向脈動(dòng)電壓。一. 橋式整流簡(jiǎn)介圖22是單相橋式整流電路，它由整流變壓器、整流元件二極管D及負(fù)載電阻RL組成。由于4只整流二極管D1D4接成橋形，故有橋式整流電路之稱。圖22單相橋是式整流電路設(shè)整流變壓器副邊電壓為：當(dāng)u2在正半

18、周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1，D3受正向電壓而導(dǎo)通，D2，D4受反向電壓而截止。電流i1的通路是aD1RLD3ba，如圖21中實(shí)線箭頭所示，這時(shí)負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)半波電壓u01。當(dāng)u2在負(fù)半周時(shí)， b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2，D4導(dǎo)通，D1，D3截止。電流i2的通路是bD2RLD4 ab，同樣，在負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓u02。 可見(jiàn)，變壓器副邊交流電壓的極性雖然在不停地變化，但流經(jīng)負(fù)載電阻RL的電流方向卻始終不變，RL上得到一人全波電壓u0。二. 整流電壓、整流電流平均值的計(jì)算整流電路負(fù)載上得到的是方向不變而大小隨時(shí)間變化的單向脈動(dòng)電壓，通常用一個(gè)周期的平均值來(lái)衡量它的

19、大小。如圖23所示，使矩形面積等于半個(gè)正弦波與樞軸所烏黑的面積，則矩形的高度就是這個(gè)半波的平均值U0，又稱為恒定量或直流分量。圖2-3半波電壓Uo的平均值平均值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為單向橋式整流電壓的平均值為（21）負(fù)載上的直流電流平均值為 （22）三. 整流二極管的選擇二極管主要根據(jù)流過(guò)管子的正向平均電流和所承受的最高反向電壓來(lái)選擇。在橋式整流電路中，二極管D1，D3，和D2，D4是輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為負(fù)載電流的一半。（23）二極管在截止時(shí)管子兩端承受的最大反向電壓如圖113（e）所示，其大小均為電源電壓u2的最大值。如當(dāng)D1和D3導(dǎo)通時(shí)，截止管D2和D4的陰極電位為a點(diǎn)電位，

20、陽(yáng)極電位為b點(diǎn)電位，所以D2，D4所承受的最高反向電壓UDRM為2 U2，即（24）選擇二極管時(shí)，其最大整流電流要大于ID，其最高反向工作電壓應(yīng)大于UDRM。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)較小，管子承受的反向電壓較低，變壓器的利用諧調(diào)。因此，這種電路被廣泛用于小功率整流電源。電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多。濾波電路整流電路輸出的電壓是一個(gè)脈動(dòng)電壓，含有較強(qiáng)的交流分量。這樣的直流電源公在某些要求不高的設(shè)備中（如電解，蓄電池充電）可以使用。而大多數(shù)要求直流電壓比較平衡的設(shè)備就不能使用。因此要加接濾波裝置，使輸出電壓的脈動(dòng)程度降低。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、電感電容濾波等。本節(jié)著重分析電容濾

21、波電路。一. 電容濾波電路電容濾波電路是在整流電路的輸出端與負(fù)載并聯(lián)一個(gè)電容器構(gòu)成的，圖22是具有電容濾波的單單相橋式整流電路。電容濾波電路是依據(jù)電容兩端電壓不能突變的特性而工作的。圖24單相橋式整流電容濾波電路對(duì)上圖分析，可知帶電容器濾波的整流電路具有如下特點(diǎn)：1.輸出的直流電壓脈動(dòng)減小，電壓平均值提高。輸出電壓的脈動(dòng)程度與電容器的放電時(shí)間常數(shù)RL C有關(guān)。RL C越大，脈動(dòng)就越小，負(fù)載電壓平均值就越大。為了得到比較平衡的輸出電壓，一般要求RLC（35）T/2（25）式中T是電源交流電壓的周期。通常取U0（1.11.2）U2（26）2.二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，導(dǎo)通角小于180º，流過(guò)二

22、極管的電流幅值增加而形成較大的沖擊電流。由于在一個(gè)周期內(nèi)電容器的充電電荷等于放電電荷，即通過(guò)電容器的電流平均值為零，可見(jiàn)在二極管導(dǎo)通期間其電流iD的平均值近似等于負(fù)載電流的平均值IL，因此iD的峰值必然較大，產(chǎn)生電流沖擊，容易使管子損壞。因此，在選用二極管時(shí)，一般取額定正向平均電流為實(shí)際流過(guò)的平均電流的2倍左右。單相橋式整流電路帶電容濾波后，二極管承受的最高反向電壓UDRM仍為2 U2。3.輸出的直流電壓平均值受負(fù)載的影響較大。圖2-5外特性曲線負(fù)載直流電壓U0與負(fù)載電流IL的變化關(guān)系曲線稱為外特性曲線。圖25是圖24電路的外特性曲線。在空載（RL）和忽略二極管正向壓降的情況下，U02U21.

23、4U2，隨著負(fù)載的增加（IL增大，RL減小）一方面放電回憶，另一方面整流電路內(nèi)阻壓降增加，它們均使U0下降。與無(wú)電容濾波時(shí)相比，外特性曲線變化較大，即外特性較差。當(dāng)IL增大時(shí)U0下降較大，也即電路帶負(fù)載能力較差。因此，電容濾波器一般用于要求輸出電壓較高，負(fù)載電流較小（數(shù)十毫安）并且變化也較小的場(chǎng)合。2.3變換電路隔離型變換電路與非隔離型電源的基本電路相比，變壓器耦合具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）輸出在電氣上與輸入隔離。（2）通過(guò)選擇匝比，可產(chǎn)生與輸入電壓差別很大的輸出電壓；而基本的降壓型、升壓型和倒置型電路的輸出電壓在1/10或10倍輸入電壓之內(nèi)。以變壓器耦合后，隔離型電路已不再受基本電路的極性和升降壓

24、型的限制。（3）次級(jí)可繞制一個(gè)或一個(gè)以上的線圈，以此獲得一個(gè)或多個(gè)輸出。然而，變壓器的引入顯著增加了開關(guān)電源的尺寸和重量，電路的損耗也增加了。而且，變壓器泄漏電感還可能在電路內(nèi)導(dǎo)致高的電壓尖峰脈沖。根據(jù)能量傳遞方式上的差異，隔離型開關(guān)電源可分為正激、推挽、半橋、全橋和反激等五種基本電路。下面分別討論這些電路，然后，列表比較它們的主要性能。單端正激變換器的設(shè)計(jì)的概述圖26示出單端正激變換器主回路圖。它是在Buck電路的開關(guān)S與續(xù)流二極管D之間加入單端變壓隔離器而得到的。圖26正激變換器主回路電路圖由于正激式變換器的隔離元件T1純粹是個(gè)變壓器，因此在輸出端要附加一個(gè)電感器L作為能量的儲(chǔ)藏及傳送元件

25、。電路中必有一個(gè)續(xù)流二極管，同時(shí)也要注意到變壓器原邊和副邊線圈具有相同的同銘端。由于是正激工作方式，副邊有電感器，折算至原邊電感量較大。一般電感量越大越好，使得IP較小。變壓器T1的另一個(gè)繞組P2與二極管D1串聯(lián)后接至VS。這個(gè)繞組主要起去磁復(fù)位的作用。單端正激變換器的設(shè)計(jì)的工作原理對(duì)于正激變換器，在原邊繞組接向電源VS的同一時(shí)間內(nèi)，副邊繞組把能量傳遞到輸出端。當(dāng)Tr關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管D3和儲(chǔ)能元件L構(gòu)成放能的回路，繼續(xù)對(duì)負(fù)載電阻R0供能。當(dāng)晶體管Tr導(dǎo)通時(shí)，設(shè)副邊電壓為VS，則電感L內(nèi)的電流將直線增加，如下式所示：（27）當(dāng)晶體管Tr關(guān)斷時(shí)，由于反激作用，電感上電壓反向，D3導(dǎo)通，構(gòu)成續(xù)流回

26、路，而電感上的電壓等于輸出電壓V0（忽略二極管壓降），L上電流iL的衰減由下式定義：（28）由上式可知，電感L的大小，只是影響，或者說(shuō)，影響電流的峰峰值。也可看出電感電流平均值就與輸出電流I0相等。正激變換器輸出電壓的大小取決于變壓器的匝比和晶體管Tr的導(dǎo)通占空比：（29）式中副邊與原邊的匝比；導(dǎo)通時(shí)間與周期的比，即導(dǎo)通占空比；VS原邊繞組施加的電源電壓（V）。當(dāng)輸入電壓及占空比固定時(shí)，輸出電壓與負(fù)載電流無(wú)關(guān)。因此，這個(gè)電路結(jié)構(gòu)提供了特有的低輸出阻抗的特點(diǎn)。下面分析一下電感線圈限制因素。一、 電感的最小值與最大值L的最小值一般由所需維持最小負(fù)載電流的要求來(lái)決定。電感L中的電流分連續(xù)和不連續(xù)兩種

27、工作情況。不論何種情況，只要輸入輸出電壓保持不變，電流小型的斜率不會(huì)因負(fù)載電流的減小而改變。如果負(fù)載電流I0逐步降低，在L中的波動(dòng)電流最小值剛好為0時(shí)，即定義為臨界情況。這時(shí)，臨界負(fù)載電流IOC（等于平均波動(dòng)電流，或電流峰峰值的一半，即：（210）當(dāng)I0IOC時(shí)，iL將進(jìn)入電流不連續(xù)狀況。否則，為連續(xù)狀況。在臨界點(diǎn)上下，傳遞函數(shù)是突然改變的。當(dāng)高于臨界電流時(shí)，輸出電壓與負(fù)載電流變動(dòng)無(wú)關(guān)（參見(jiàn)3-9式）。當(dāng)?shù)陀陔娏鲿r(shí)（不連續(xù)工作狀況），研究表明為達(dá)到穩(wěn)壓效果，占空比調(diào)節(jié)量由負(fù)載和輸入電壓變量共同決定。圖2­7為單端正激變換器閉環(huán)控制電路圖。圖中CC是支磁復(fù)位繞組P2的分布電容。連續(xù)狀況

28、的傳遞函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn)；不連續(xù)狀況只有一個(gè)極點(diǎn)，如要在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中都能穩(wěn)定工作，必須小心進(jìn)行設(shè)計(jì)。L值的另一限制因素將出現(xiàn)在應(yīng)用于多輸出電壓的情況。因?yàn)榭刂骗h(huán)只與一個(gè)相關(guān)的輸出端閉環(huán)，當(dāng)此輸出端電流低于臨界值時(shí)，占空比將減小以保持此輸出端輸出電壓不變。對(duì)于其它輔助輸出端，假定其所帶的是恒定負(fù)載，在上述占空比下降的情況下，其電壓也下降。很明顯，這不是我們所希望的。因此，在多輸出電壓時(shí)，為了保持輔助輸出電壓不變，L值就大于所需最小值。也就是，如果輔助電壓要保持在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)，則主輸出的電感必須一直超過(guò)臨界值，即一直在連續(xù)狀態(tài)。圖27 單端正激開關(guān)電源電感的最大值通常受效率、體積、造價(jià)的限制。帶直流

29、電流運(yùn)行的大電感造價(jià)是昂貴的。從性能角度看，L過(guò)大則限制了負(fù)載出現(xiàn)較大瞬時(shí)變化時(shí)輸出電流的最大變化率。二、 多路輸出只要增加變壓器的副繞組、電感器和二極管就可以得到多路直流電壓輸出。每個(gè)繞組將遵循正、反向伏秒值相等的原則。倘若負(fù)載在合理范圍變化時(shí)，如果主輸出電壓不變，輔助輸出也將不變。若某一輸出負(fù)載降到電感臨界電流以下，這線路的輸出電壓將上升。最后，在負(fù)載為零時(shí)它將等于變壓器副邊峰值電壓。由于正激變換器負(fù)載電流低于臨界電流時(shí)輸出電壓升高，因此，應(yīng)使最小負(fù)載電流仍在電感臨界電流值之上。這是設(shè)計(jì)時(shí)要注意的。若有負(fù)載為0的情況時(shí)，則只能加固定電阻作為假負(fù)載，以求得電壓的穩(wěn)定。多路輸出時(shí)也可以用電感耦

30、合的方法來(lái)解決，或者充分利用一個(gè)有抽頭的副邊繞組，正半波時(shí)接到一組濾波器得到正輸出電壓；負(fù)半波則接向另一組濾波器得到負(fù)輸出電壓。這時(shí)，正、負(fù)輸出電壓是共地的。三、 能量再生線圈P2的工作原理在Tr導(dǎo)通時(shí)，變壓器接受的能量除磁化電流外都傳遞到輸出端。在Tr關(guān)斷，反激作用期間，輸出二極管D1反偏而不可能有鉗位作用或能量泄放的回路。磁化能量將引起較大反壓加在Tr的集射極之間。為防止高反壓的出現(xiàn)，設(shè)置“能量再生線圈”P2，經(jīng)二極管D3，使儲(chǔ)存的能量返送回電源VS中。只要有N P1NP2的關(guān)系，D3流過(guò)電流時(shí)，VP2VS，Tr上承受的集射極電壓為2VS。為了避免在P1和P2間存在的漏電感過(guò)大和因此產(chǎn)生的

31、晶體管集電極的電壓過(guò)高，一般采用原邊繞組P1與能量再生線圈P2雙線并繞的方法。在這種配置中，二極管D3接在能量再生線圈（圖示位置）是非常重要的。理由是，雙線并繞引起的內(nèi)部雜散電容CC是Tr集電極與P2、D3連結(jié)點(diǎn)之間的寄生電容。按圖22按法，在Tr導(dǎo)通時(shí)因二極管D3反向，而隔開了集電極，沒(méi)有任何電流在Tr瞬時(shí)導(dǎo)通時(shí)流進(jìn)CC中。（注意，線圈P1和P2的非同銘端同時(shí)變負(fù)，而且CC的兩端電壓不會(huì)改變）。另外，在反激期間，CC提供晶體管Tr的鉗位作用，任何過(guò)電壓的趨勢(shì)將引起CC流過(guò)電流，而且經(jīng)D3反饋到電源線上。如果寄生電容不夠大，只靠磁耦合鉗位電壓超值時(shí)，?？稍贑C位置外接電容補(bǔ)充，以改善其鉗位作用

32、。然而，如果電容值太大。會(huì)使得輸出電壓線上有VS電壓紋波頻率調(diào)制的電壓分量，所以要小心地選用附加電容CC。由于存在高電壓VS時(shí)雙線并繞之間電壓應(yīng)力較高的情況，常要求有較高絕緣處理。然而，如果確實(shí)采用鉗位電容時(shí)，能量再生繞組也可以不用雙線并繞，而繞在另一絕緣層。這在沒(méi)有削弱鉗位作用的情況下減少了電壓應(yīng)力。另一方法，可以使用低耗能量緩沖器線路。四、 正激變換器的優(yōu)缺點(diǎn)主要是與同容量的反激變換器相比較。1. 優(yōu)點(diǎn)（1）正激變換器的銅損較低。因?yàn)槭褂脽o(wú)氣隙的鐵芯，電感值較高，原邊與副邊的峰值電流較小。因此，銅損較小。在多數(shù)情況下，減小程度不足以允許使用小一級(jí)尺寸的鐵芯，但會(huì)使變壓器的溫度稍為降低一些。

33、（2）副邊紋波電流明顯衰減。因?yàn)?，在一定輸出?fù)載時(shí)，輸出電感器和續(xù)流二極管的存在使得儲(chǔ)能電容電流保持在較的數(shù)值上。正激變換器的能量?jī)?chǔ)存于輸出電感器是有利于負(fù)載的，儲(chǔ)能電容可以取得很小，因它只用和來(lái)協(xié)助降低輸出紋波電壓。而且相對(duì)反激變換器而言，電容上通過(guò)紋波電流定額值要求小一些。（3）開關(guān)管Tr的峰值電流較低。理由同（1）。（4）因?yàn)榧y波電流小，波電壓小。2.缺點(diǎn)（1）因?yàn)榫€路復(fù)雜，元件成本增加，工時(shí)增加，成本上升。（2）因?yàn)長(zhǎng)進(jìn)入不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，在輔助輸出繞組上產(chǎn)生過(guò)電壓。如果加假負(fù)載，則效率會(huì)有所下降。所以有可能出現(xiàn)輸出電壓升高的現(xiàn)象。3.應(yīng)用場(chǎng)合在同等功率輸出下，正激變換器集電極峰值電流小得

34、多。相反，反激變換器雖然不需要電感，但有開關(guān)管（包括原邊和副邊繞組）和濾波電容紋波電流大的不足。一般認(rèn)為，正激變換器適合應(yīng)用在低壓、大電流、功率較大的場(chǎng)合。反激變換器適用在功率較小的場(chǎng)合。它的單臺(tái)容量雖小，但它有并聯(lián)工作容易、可以自動(dòng)均衡的特點(diǎn)。正激并聯(lián)卻需要均衡電路。所以多臺(tái)并聯(lián)時(shí)采用反激為多。在高電壓應(yīng)用，例如1000V以上時(shí)，也采用反激。變壓器設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法有多種，可根據(jù)情況選擇。一般從計(jì)算原邊圈數(shù)開始，除了按最大占空比和正常的直流電壓VS來(lái)計(jì)算原邊線圈之外，正激變換器與反激變換器設(shè)計(jì)思路非常相似，一般前者原邊匝數(shù)多近1倍。按上述方法設(shè)計(jì)的理由是，副邊繞組都有一個(gè)電感器，當(dāng)有突變負(fù)載時(shí)

35、，輸出電流的變化率受到限制。為了補(bǔ)償這個(gè)缺陷，控制線路就能把占空比調(diào)到最大。在這種瞬變條件下，高的原邊電壓和最大導(dǎo)通脈寬同時(shí)加上，盡管時(shí)間很短，如果變壓器設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮這種情況，也會(huì)引起磁飽和?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)為：在最大輸入電壓時(shí)，限制控制電路的脈寬和變化的速率，這樣可防止兩個(gè)參數(shù)同時(shí)在最大值。上面說(shuō)過(guò)能量再生繞組的必要性，說(shuō)明正激變換器的鐵芯有殘存能量是不好的。為了確保磁通在反激期間恢復(fù)到低的剩磁水平，并考慮偶而出現(xiàn)的較大磁密不致出現(xiàn)磁芯飽和，加一很小氣隙是必要的。下面舉例說(shuō)明變壓器設(shè)計(jì)方法，一般有兩種方法。在這里只介紹一種方法。以下面的要求為例：設(shè)計(jì)電壓在110/220V，工作頻率32kHz工，

36、輸出40V/5A的正激變換器的變壓器并計(jì)算晶體管等的額定值。（1）根據(jù)輸出功率選擇磁芯P0=405=200(W)考慮6%的余量。2001.06=212瓦，選擇一個(gè)傳遞功率為212瓦的鐵芯，鐵芯有效截面積Ae=181(mm2)。（2）選擇最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度為避免鐵芯飽和，總損失最小(鐵損與銅損相等)選擇工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值。在傳遞功率為212瓦頻率32kHz時(shí)，最佳(有最小損耗)磁感應(yīng)強(qiáng)度單向擺幅值Bopt150(mT)。說(shuō)明推挽工作時(shí)，2150=300(mT)有最小損耗。為了有最大效率，單端正激變換器磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值變化也應(yīng)選300(mT)。但是考慮到單端正激變換器只使用到BH特性的第一象限，如圖2

37、-4(b)，為了避免飽和，為剩磁的存在、高溫效應(yīng)，瞬變情況等留一些安全裕量是必要的。本例選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值的75%，即B=225(mT)。這種小于最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度值的設(shè)計(jì)法，叫“飽和限制法”。用此法設(shè)計(jì)的變壓器參數(shù)，鐵損略低于銅損。（3）計(jì)算原邊繞組匝數(shù)周期時(shí)間TS=，最大導(dǎo)通占空比：。當(dāng)市電110（V）時(shí)，倍壓整流電路所得電壓Vs為最小原邊繞組匝數(shù)為：（211）（4）計(jì)算副邊繞組匝數(shù)利用式(39)，需考慮市電110V下波動(dòng)的情況，設(shè)向下波動(dòng)為-20%，則：輸出電壓V0需考慮整流二極管和繞組的壓降，設(shè)在5A時(shí)為+10%，則40V的繞組直流電壓為。(5)功率晶體管的選擇電流額定值通常在最大原邊電流

38、條件下，選擇有較大電流增益和較好飽和特性的管子作為功率開關(guān)晶體管。當(dāng)最小線電壓輸入時(shí)：VS(min)=217.4(V)效率稍低，設(shè)為則=75%則輸入功率130（W）在導(dǎo)通占空比最大為Dmax=0.5時(shí)，Pi就為平均功率：（212）考慮磁化電流和紋波電流的斜率，IC應(yīng)有10%的裕度IC=1.2×1.1=1.32(A)為了可靠并考慮調(diào)整電感量大小時(shí)電流不可避免的失控，實(shí)際選定管子電流容量至少是兩倍于此值。電壓額定值設(shè)市電電壓向上波動(dòng)18%，110V倍壓整流上限值為：由于能量再生繞組工作時(shí)晶體管承受兩倍VS值。同時(shí)，由于漏電感的緣故，一般會(huì)在電壓最高值上出現(xiàn)一個(gè)尖峰值，此值隨工藝水平差而增

39、加，一般按電源電壓VS的10%考慮。故：Vce=2VS+0.1VS=2.1VS （213） 尚須設(shè)計(jì)正確的基極驅(qū)動(dòng)小型以及緩沖器網(wǎng)絡(luò)，使集電極電流在高電壓Vce出現(xiàn)之前，IC已降到零，否則有二次擊穿(雙極型晶體管)的可能。（6） 輸出端電容的選擇正激變換器輸出電容，比反激變換器的相對(duì)小一些。因?yàn)樗倪x擇主要是按它可提供輸出紋波電壓而非紋波電流。然而，若系統(tǒng)的電感(快速反應(yīng)系統(tǒng)即此)則紋波電流的要求仍是選擇電容的主要考慮。在電容選定后，尚就考慮負(fù)載突然轉(zhuǎn)變?yōu)榱銜r(shí)電感器中儲(chǔ)能使電容電壓上沖，交校驗(yàn)引起的過(guò)電壓是否在允許值之內(nèi)。過(guò)電壓值的計(jì)算可用下面簡(jiǎn)單的方法。圖28 正激變換器副邊回路及電壓響應(yīng)曲

40、線圖2-8示出正激變換器副邊電路及電壓響應(yīng)曲線。設(shè)有載時(shí)電壓為V0，電感L流過(guò)電流為IL，儲(chǔ)有的能量；電容電壓為V0，儲(chǔ)有的能量。若R»R0，當(dāng)S開關(guān)打開(卸載)時(shí)，電感保持電流不變，即向電容充電，充電經(jīng)t=T1后電壓達(dá)Vcp。此時(shí)Vcp相應(yīng)能量將是開關(guān)S打開前L、C的儲(chǔ)能之和。據(jù)此：所以，電容上高壓值（214）簡(jiǎn)單估算可認(rèn)為S打開時(shí)L、C諧振，四分之一周期到達(dá)峰值VCP，然后C上能量消耗在電阻R上，VCP按CR時(shí)間常數(shù)下降，最終恢復(fù)到輸出電壓V0值2.4 使用MOSFET管正激式變換電路圖29是以MOSFET功率管制作的正激式變換器電路。輸入經(jīng)整流、濾波加在變壓器初級(jí)線圈和開關(guān)管V

41、1的兩端。V1在脈寬調(diào)制控制電路SG1525A的控制之下導(dǎo)通或截止。于是，變壓器次級(jí)感應(yīng)出交變電壓；經(jīng)L、C濾波后輸出。輸出電壓經(jīng)光電耦合器隔離后，接控制電路SG1525A的第“1”腳，并用此信號(hào)調(diào)整SG1525A第“14”腳輸出脈沖的點(diǎn)穴比和變壓器次級(jí)的感應(yīng)電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。圖中R5、R12、C9與SG1525A配合，形成限流電路，防止電源的輸出電流超過(guò)額定的輸出電流。圖29使用MOSFET管的正激式變換器電路第三章開關(guān)電源電路局部器件3.1 集成控制器電壓型PWM集成控制器SG1525ASG1525A系列脈寬調(diào)制器是電壓型PWM集成控制器，外接元件少，性能好，具有外同步、軟啟動(dòng)、“

42、死區(qū)”調(diào)節(jié)、欠鎖定、誤差放大以及關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功能。1.主要特點(diǎn)：工作電壓8V至35V;5.1V基準(zhǔn)；振蕩器頻率范圍100Hz至500KHz;分離的振蕩器同步端；可調(diào)的死區(qū)時(shí)間控制；軟啟動(dòng)時(shí)間可由外設(shè)電容值整定；逐個(gè)脈沖關(guān)閉；具有滯后電壓的欠壓鎖定電路；防止多重脈沖的PWM鎖存器；雙源出/吸入驅(qū)動(dòng)器。2.內(nèi)部原理框圖與引出端功能 SG1525A的內(nèi)部原理框圖如圖圖5-1所示。它內(nèi)部含有基準(zhǔn)電源，欠壓鎖丁電路、振蕩器、誤差放大器、脈寬比較器、鎖存器，并能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和關(guān)閉控制等。圖3-1內(nèi)部原理圖 基準(zhǔn)電源能提供5.1V的電壓。同步輸入可使主電路帶幾個(gè)從電路同步工作，單個(gè)電路可由系統(tǒng)外的時(shí)鐘同

43、步。振蕩器的工作頻率由RT端和CT端所接的電阻和電容值來(lái)定，f=1/CT (0.7RT+3RD)，在CT端和放電端加一個(gè)電阻RD就可使死區(qū)時(shí)間在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，RD阻值越大，死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)。在軟啟動(dòng)端外接一個(gè)電容器就可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電容量越大，軟啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。關(guān)閉端能控制軟啟動(dòng)電路和輸出極，向關(guān)閉端加上正5V電壓，則PWM鎖存器就發(fā)出關(guān)閉信號(hào)使電路關(guān)閉。同時(shí)，外接的軟啟動(dòng)電容上電荷也可通過(guò)內(nèi)部電路放電，在關(guān)閉端正電壓信號(hào)去除后，軟啟動(dòng)又可起作用。欠壓鎖定電路在輸入電壓抵于正常工作電壓時(shí)，使軟啟動(dòng)電容放電，輸出關(guān)斷，欠壓鎖定電路中的500mV滯后電壓使電路工作穩(wěn)定。SG1525A系列電路的顯著特點(diǎn)是在

44、脈寬調(diào)制比較器的輸出端連接一個(gè)鎖存器，然后再送到雙路輸出的或非門。該鎖存器由關(guān)斷電路置位 ，并由時(shí)鐘脈沖復(fù)位。這樣它可保證每周期內(nèi)只有PWM比較器送來(lái)的單脈沖，而將誤差放大器上的噪音、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動(dòng)或振蕩消除掉。當(dāng)一個(gè)電流信號(hào)引起關(guān)斷時(shí)，即使該信號(hào)已消失，鎖存器可維持一個(gè)周期關(guān)斷輸出，直到下一個(gè)周期的時(shí)鐘信號(hào)使鎖存器復(fù)位為止。所以關(guān)斷電路能有效地控制輸出。 SG1525A系列電路的輸出級(jí)為推挽輸出，它具有±500mA的負(fù)載能力。SG1525A系列電路的輸出級(jí)是“非”邏輯電路，在關(guān)態(tài)時(shí)輸出低電平，它適應(yīng)N溝道MOSFET。SG1525A系列電路的輸出端功能為：1端（IN-）誤差放

45、大器反向輸入端；2端（IN+） 誤差放大器同相輸入端；3端（SYN）同步端； 4端（OUTOSC）振蕩器輸出端：5端（CT）外接定時(shí)電容； 6端（RT） 外接定時(shí)電阻；7端（DIS）放電端； 8端（SS） 軟啟動(dòng)端；9端（COMP）誤差放大器輸出補(bǔ)償端；10端（SD） 關(guān)閉端；11端（OUTA）A輸出端； 12端（GND） 地；13端（UC） 集電極B輸出端； 14端（OUTB） B輸出端；15端（VCC）電源電壓輸出端； 16端（UREF） 基準(zhǔn)電源輸出端；3.主要電氣參數(shù)表32額定值參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值電源電壓（Vcc）+40V功耗（TA=+25時(shí)）1000mW集電極電源電壓（UC）+40V熱

46、阻（結(jié)至環(huán)境）100/W邏輯輸入-0.3V至5.5V功耗（在TC=+25時(shí)）2000mW模擬電流-0.3V至+UIN熱阻，結(jié)至外殼60/W輸出電流（源出或吸入）500mA工作溫度范圍-55至150基準(zhǔn)電源輸出電流50mA貯存溫度范圍-65至150振蕩器充電電流5Ma引線溫度（焊接時(shí)間10s）300工作溫度范圍SG1525A/SG1527A-55+125SG1525A/SG1527A-25+85SG1525A/SG1527A-0+70表33推薦工作條件參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值電源電壓（+VCC）+8V至+35V吸入（源出）負(fù)載電流（峰值）0至400mA集電極電源電壓+4.5V至+35V基準(zhǔn)電源輸出電阻0

47、至20mA吸入/源出負(fù)載電流（穩(wěn)態(tài)）0至100mA震蕩器頻率范圍100Hz至400KHz振蕩器定時(shí)電阻2000至15000歐姆振蕩器頻率范圍0至500歐振蕩器定時(shí)電容0.0013.2 功率MOSFET功率場(chǎng)控制管簡(jiǎn)稱功率MOSFET，它是一種單極型的電壓控制器件，不但有關(guān)斷能力，而且有驅(qū)動(dòng)功率小，工作速度高，無(wú)二次擊穿問(wèn)題，安全工作區(qū)寬等顯著優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻與高耐壓較困難，目前已研制開發(fā)電流為100A，電壓為1000V的功率MOSFET模塊。功率MOSFET與功率晶體管不同，無(wú)載流注入，工作速度高，工作速度主要器件的電容的充放電時(shí)間常數(shù)所決定，與工作溫度關(guān)系不大，現(xiàn)以圖33來(lái)說(shuō)明功率MO

48、SFET的開關(guān)狀態(tài)。功率MOSFET的漏極電流上升時(shí)間（tr）與柵源極間電壓UGS變化趨勢(shì)一致。也就是說(shuō)，UGS的變化趨勢(shì)就是通過(guò)柵極電阻Rg，對(duì)電容CGS，CGD充電的時(shí)間常數(shù)。而關(guān)斷時(shí)，其變化趨勢(shì)由這電容的放電時(shí)間常數(shù)所決定。（a）功率MOSFET的電容；（b）開關(guān)速度圖34功率MOSFET的開關(guān)工作狀態(tài)（1）輸出特性輸出特性如圖3-4所示。隨著柵極電壓的增大，漏極電流增大，但UGS10V時(shí)，漏極電流與漏源極間電壓成線性關(guān)系，具有電阻特性。這斜率為MOSFET的通態(tài)電阻，是導(dǎo)通損耗的主要因素。圖3-5功率MOSFET的輸出特性（2）通態(tài)電阻通態(tài)電阻是影響最大輸出的重要參數(shù)，在開關(guān)電路中它決

49、定了信號(hào)輸出幅度與自身?yè)p耗。通態(tài)電阻有受柵極電壓支配的范圍，為使通態(tài)電阻最小，上述輸出特性中通態(tài)電阻范圍為UGS10V。不必要時(shí)若用高電壓驅(qū)動(dòng)，會(huì)對(duì)電容過(guò)充電，使關(guān)斷時(shí)間變長(zhǎng)，這點(diǎn)需要注意。通態(tài)電阻也受到漏極電流與溫度的影響。特別是溫度影響較大，通態(tài)電阻隨溫度上升線性增大，因此，實(shí)際使用時(shí)要考慮這一點(diǎn)。（3）跨導(dǎo)表示功率MOSFET的增益特性稱為跨導(dǎo)，它定義為GfsID/UGS，一般來(lái)說(shuō)，晶體管放大工作時(shí)采用這種特性，而開關(guān)工作時(shí)不大采用這種特性。（4）柵極閾值電壓柵極閾值電壓UGS（th）表示開始有規(guī)定的漏極電流時(shí)的最低柵極電壓。閾值電壓大小與耗盡區(qū)內(nèi)單位面積的窨電荷數(shù)量以及氧化膜中單位面積

50、正電荷數(shù)量有關(guān)。在工業(yè)應(yīng)用中，常將漏極短接條件下ID等于1mA時(shí)的柵極電壓定義為閾值電壓。閾值電壓還隨結(jié)溫而變化，并且具有負(fù)溫度系數(shù)，大約結(jié)溫每增高45閾值電壓下降10%，即溫度系數(shù)為67mV/。（5）功率MOSFET的電容功率MOSFET的柵極有絕緣層，極間存在著絕緣電容。應(yīng)用上表示這些電容為輸入電容（CissCGDCGS），輸出電容（COSSCGDCDS）和反饋電容（CrssCGS），參見(jiàn)圖36（a）。這些電容大小與偏置電壓有關(guān)，CGD隨漏源極間電壓動(dòng)態(tài)變化。因此，開關(guān)時(shí)CGD變化較大所以高電壓開關(guān)工作時(shí)要注意這一點(diǎn)。這些電容對(duì)開關(guān)過(guò)程有直接影響，在開通延遲時(shí)間，上升時(shí)間以及下降時(shí)間，由于

51、UDS2UGS，所以，CGD較小，一般為幾十pF。在關(guān)斷延遲時(shí)間，由于UDSUGS，CGD為幾千pF。（6）柵極電荷特性圖36示出功率MOSFET的柵極電荷特性，按照電荷量劃分為三個(gè)區(qū)域。區(qū)對(duì)應(yīng)著開通延遲時(shí)間；區(qū)對(duì)應(yīng)著上升時(shí)間；區(qū)對(duì)應(yīng)著導(dǎo)通期間。根據(jù)斜率CGSCGDdQg/dUGS可計(jì)算出不同偏置條件時(shí)電容大小。另外，根據(jù)柵極驅(qū)動(dòng)電路供給的功率PQg×UGS×f較容易計(jì)算電容大小，反向偏置時(shí)，可以考慮延長(zhǎng)區(qū)。圖39示出元件電容不同時(shí)，柵極電流的大小。左圖36柵極電荷右圖37開關(guān)時(shí)柵極電流 （7）開關(guān)特性圖38示出功率MOSFET的輸入電壓與輸出電壓對(duì)應(yīng)的波形關(guān)系。定義開通時(shí)

52、間tON為從輸入信號(hào)Ui波形上升到其幅值的10%的時(shí)刻開始到輸出信號(hào)U0波形下降到其幅值的90%的時(shí)刻為止所需的時(shí)間，tON可細(xì)分為延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr。定義關(guān)斷時(shí)間tOFF為從輸入信號(hào)波形下降到其幅值的90%的時(shí)刻開始到輸出信號(hào)波形上升到其幅值的10%的時(shí)刻為止所需的時(shí)間，tOFF可細(xì)分為存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf。開通時(shí)間tON與功率MOSFET的閾值電壓，柵源間電容CGS和柵漏間電容CGD有關(guān)，也與信號(hào)源的上升時(shí)間和內(nèi)阻的影響。關(guān)斷時(shí)間tOFF則由功率MOSFET漏源間電容CDS和負(fù)載。圖38功率MOSFET的輸入電壓與輸出電壓對(duì)應(yīng)的波形正向偏置安全工作區(qū)功率MOSFET的正向偏置

53、安全工作區(qū)（FB-SOA）如圖39所示。它是由四條邊界極限所包圍的區(qū)域，這四條邊界極限線是：最大漏源電壓線（A）；最大功耗限制線（B）；最大漏極電流線（C）和漏源通態(tài)電阻線（D）。圖39正向偏置安全工作區(qū)開關(guān)電源中功率MOSFET應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞。直流輸入電阻高，但輸入容量大，高頻時(shí)輸入阻抗低，因此，需要降低驅(qū)動(dòng)電路阻抗。并聯(lián)工作時(shí)容易產(chǎn)生高頻振蕩。導(dǎo)通時(shí)電流沖擊大，易產(chǎn)生過(guò)電流。很多情況下，不能原封不動(dòng)地用于雙極型晶體管的自激振蕩電路。寄生二極管的反向恢復(fù)時(shí)間慢，很多情況下與FET開關(guān)速度不相稱。開關(guān)速度快而產(chǎn)生噪聲，容易使驅(qū)動(dòng)電路誤動(dòng)作。特別是開關(guān)方式為橋接電路，柵極電路的電源為浮置時(shí)，易發(fā)生這種故障。漏柵極間電容極大，漏極電壓變化容易影響輸入。加有負(fù)反饋，熱穩(wěn)定性也比雙極型晶體管好，用于電流值較小情況下不能獲得這種效果。理論上無(wú)電流集中產(chǎn)生二次擊穿，但寄生晶體管因dV/dt受到損壞，從而FET也受到損壞。表310 功率MOSFET的參數(shù)型號(hào)VDSS（V）ID（A）tr(ns)tf(ns)