寒假電子競(jìng)賽培訓(xùn)-開(kāi)關(guān)電源變換電路驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)電路資料

1、DC-DC直流變換電路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路直流電壓電流檢測(cè)電路開(kāi)關(guān)電源變換電路主要元件開(kāi)關(guān)電源變換電路主要元件1、主開(kāi)關(guān)管場(chǎng)效應(yīng)管、主開(kāi)關(guān)管場(chǎng)效應(yīng)管MOS、IGBT2、續(xù)流二極管高速快恢復(fù)二極管、續(xù)流二極管高速快恢復(fù)二極管3、高頻電感用不容易磁飽和鐵硅鋁、高頻電感用不容易磁飽和鐵硅鋁磁環(huán)，電感量設(shè)計(jì)在磁環(huán)，電感量設(shè)計(jì)在1mH左右，漆包線左右，漆包線線徑選取合適，繞制要求高線徑選取合適，繞制要求高4、電容高頻高速低內(nèi)阻低紋波電解、電容高頻高速低內(nèi)阻低紋波電解電容電容主開(kāi)關(guān)管主開(kāi)關(guān)管 MOS與與IGBT MOS：絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管：絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管 G柵極柵極 D漏極漏極 S源極源極主要應(yīng)用在低壓場(chǎng)合主要

2、應(yīng)用在低壓場(chǎng)合IGBT：絕緣柵雙級(jí)型晶體管，實(shí)質(zhì)是：絕緣柵雙級(jí)型晶體管，實(shí)質(zhì)是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 G柵極柵極 C集電極集電極 E發(fā)射極發(fā)射極主開(kāi)關(guān)管主開(kāi)關(guān)管 MOS與與IGBT 比賽和訓(xùn)練時(shí)在低壓進(jìn)行，所以開(kāi)關(guān)管主要比賽和訓(xùn)練時(shí)在低壓進(jìn)行，所以開(kāi)關(guān)管主要選用選用MOS管，有兩種：管，有兩種：N-MOS和和P-MOS主要應(yīng)用在高壓場(chǎng)合主要應(yīng)用在高壓場(chǎng)合主開(kāi)關(guān)管主開(kāi)關(guān)管有兩種：有兩種：N-MOS和和P-MOS直流變換器直流變換器DC-DC電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 有有3 種電路結(jié)構(gòu)：種電路結(jié)構(gòu)： 降壓型降壓型Buck 升壓型升壓型Boost 升降壓型升降壓型Boost-Buck降壓型降壓型B

3、uck電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管處相當(dāng)一根導(dǎo)開(kāi)關(guān)管處相當(dāng)一根導(dǎo)線，二極管反偏截止，線，二極管反偏截止，輸入電壓流經(jīng)電感，輸入電壓流經(jīng)電感，向負(fù)載供電，電感電向負(fù)載供電，電感電流不斷增加，電感儲(chǔ)流不斷增加，電感儲(chǔ)存能量，并對(duì)電容充存能量，并對(duì)電容充電。電。降壓型降壓型Buck電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，開(kāi)關(guān)管處斷開(kāi)，電感開(kāi)關(guān)管處斷開(kāi)，電感極性突變，二極管導(dǎo)極性突變，二極管導(dǎo)通，電感和電容向負(fù)通，電感和電容向負(fù)載提供能量，電感電載提供能量，電感電流減小。流減小。輸入與輸出電壓關(guān)系：輸入與輸出電壓關(guān)系：Uo=UdD （理論值）（理論值）D為占空比為

4、占空比 0D1 升壓型升壓型Boost電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí), 輸入電壓流經(jīng)電感輸入電壓流經(jīng)電感,電感電流不斷增加電感電流不斷增加,電感儲(chǔ)存能量。此時(shí)電感儲(chǔ)存能量。此時(shí)二極管反偏截止，輸二極管反偏截止，輸入電壓入電壓Ud不向負(fù)載不向負(fù)載提供能量，而是由電提供能量，而是由電容容C提供。提供。升壓型升壓型Boost電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電感極性突變，二極管導(dǎo)感極性突變，二極管導(dǎo)通，輸入電壓通，輸入電壓Ud和電感和電感能量共同向負(fù)載供電，能量共同向負(fù)載供電，同時(shí)向電容充電，輸出同時(shí)向電容充電，輸出電壓電壓Uo是輸入電壓是輸入電壓Ud和和電感電壓相

5、加，所以輸電感電壓相加，所以輸出電壓高于輸入電壓。出電壓高于輸入電壓。升壓型升壓型Boost電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)輸入與輸出電壓關(guān)系：輸入與輸出電壓關(guān)系：Uo=Ud/(1-D) （理論值）（理論值）D為占空比為占空比 0D1 特別說(shuō)明：在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中（導(dǎo)通和截止）特別說(shuō)明：在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中（導(dǎo)通和截止）,電感電感L有儲(chǔ)能和釋放能量過(guò)程，如果不接負(fù)載電阻有儲(chǔ)能和釋放能量過(guò)程，如果不接負(fù)載電阻R，電，電感能量無(wú)法釋放，結(jié)果是輸出電壓不斷升高，最終感能量無(wú)法釋放，結(jié)果是輸出電壓不斷升高，最終使變換器損壞，這是與使變換器損壞，這是與Buck電路不同點(diǎn)。電路不同點(diǎn)。升降壓型升降壓型Buck-Boost電路結(jié)

6、構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓直流變是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓直流變換器，換器，但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反，也稱為，也稱為反相型變換器。反相型變換器。Buck-Boost變換器可看做是變換器可看做是Buck變變換器和換器和Boost變換器串聯(lián)而成變換器串聯(lián)而成 。 升降壓型升降壓型Buck-Boost電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí), 輸入電壓流經(jīng)電感輸入電壓流經(jīng)電感,電感電流不斷增加電感電流不斷增加,電感儲(chǔ)存能量，極性電感儲(chǔ)存能量，極性是上正下負(fù)，此時(shí)二是上正下負(fù)，此時(shí)二極管反偏截止，電感極管反偏截止，電感電

7、壓不向負(fù)載提供能電壓不向負(fù)載提供能量，而是由電容量，而是由電容C提提供。供。升降壓型升降壓型Buck-Boost電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電感極性突變，二極管導(dǎo)感極性突變，二極管導(dǎo)通，電感的儲(chǔ)能向負(fù)載通，電感的儲(chǔ)能向負(fù)載供電，此時(shí)電容有可能供電，此時(shí)電容有可能儲(chǔ)能或釋放能量，即輸儲(chǔ)能或釋放能量，即輸出電壓出電壓Uo可能高于或低可能高于或低于輸入電壓。于輸入電壓。輸入與輸出電壓關(guān)系：輸入與輸出電壓關(guān)系：Uo=UdD/(1-D) （理論值）（理論值）D為占空比為占空比 0D1 Buck電路電感在輸出端，電感電電路電感在輸出端，電感電流就是負(fù)載電流，由于電感電流流就是負(fù)載電

8、流，由于電感電流脈動(dòng)小，所以輸出電壓脈動(dòng)小。脈動(dòng)小，所以輸出電壓脈動(dòng)小。輸入端要加電源紋波濾波器。輸入端要加電源紋波濾波器。Boost電路電感在輸入端，輸入電路電感在輸入端，輸入電流脈動(dòng)小，輸出電壓脈動(dòng)大。電流脈動(dòng)小，輸出電壓脈動(dòng)大。輸出端要加電源紋波濾波器。輸出端要加電源紋波濾波器。Buck-Boost電路電感在中間，輸電路電感在中間，輸入和輸出電流脈動(dòng)都很大，所以入和輸出電流脈動(dòng)都很大，所以輸入端和輸出端要加電源紋波濾輸入端和輸出端要加電源紋波濾波器。波器。3種變換器紋波分析：種變換器紋波分析：電感除了儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換能量外，電感除了儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換能量外，還具有濾波作用還具有濾波作用MOS管驅(qū)動(dòng)方式

9、管驅(qū)動(dòng)方式PWM脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制有關(guān)有關(guān)PWMSPWM按正弦波變化規(guī)律脈沖寬度調(diào)制按正弦波變化規(guī)律脈沖寬度調(diào)制MOS管驅(qū)動(dòng)方式管驅(qū)動(dòng)方式 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)MOS管與普通三極管不同，需要足管與普通三極管不同，需要足夠的電壓和電流。對(duì)于電壓，在柵極夠的電壓和電流。對(duì)于電壓，在柵極G和源和源極極S加一偏置電壓加一偏置電壓UGS，此電壓上限一般為，此電壓上限一般為20V，常取，常取 12V或或 15V，偏置電壓越偏置電壓越大，導(dǎo)通程度越深，但大于大，導(dǎo)通程度越深，但大于20V時(shí)容易燒壞。時(shí)容易燒壞。 由于單片機(jī)或信號(hào)源輸出的由于單片機(jī)或信號(hào)源輸出的PWM波波電壓和電流不能直接驅(qū)動(dòng)電壓和電流不能直接驅(qū)動(dòng)

10、MOS管，必管，必須加驅(qū)動(dòng)電路，才能使須加驅(qū)動(dòng)電路，才能使MOS導(dǎo)通。導(dǎo)通。 MOS管驅(qū)動(dòng)電壓上限為管驅(qū)動(dòng)電壓上限為20V，設(shè)導(dǎo)通下限設(shè)導(dǎo)通下限電壓為電壓為UGSM，且數(shù)值為正。，且數(shù)值為正。MOS管驅(qū)動(dòng)電壓要求管驅(qū)動(dòng)電壓要求有關(guān)高端驅(qū)動(dòng)和低端驅(qū)動(dòng)有關(guān)高端驅(qū)動(dòng)和低端驅(qū)動(dòng)對(duì)于對(duì)于N-MOS管，管，S極接公共極接公共端，采用低端驅(qū)動(dòng)方式。端，采用低端驅(qū)動(dòng)方式。S極電壓不為極電壓不為0時(shí)，采用時(shí)，采用高端高端驅(qū)動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)方式。對(duì)于對(duì)于P-MOS管，由于管，由于S極接極接輸入端，電壓不為輸入端，電壓不為0，驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式均為高端驅(qū)動(dòng)。如果方式均為高端驅(qū)動(dòng)。如果輸入電壓小于輸入電壓小于20V，可采用，

11、可采用下拉下拉驅(qū)動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)方式。MOS驅(qū)動(dòng)輸入方式驅(qū)動(dòng)輸入方式常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 專用驅(qū)動(dòng)芯片專用驅(qū)動(dòng)芯片IR系列系列-高端和低端驅(qū)動(dòng)高端和低端驅(qū)動(dòng)IR2101GSGS常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 專用驅(qū)動(dòng)芯片專用驅(qū)動(dòng)芯片IR系列系列-高端和低端驅(qū)動(dòng)高端和低端驅(qū)動(dòng)IR2101 IR系列驅(qū)動(dòng)芯片高端驅(qū)動(dòng)部分是利用自舉電容系列驅(qū)動(dòng)芯片高端驅(qū)動(dòng)部分是利用自舉電容充放電，提供充放電，提供MOS管驅(qū)動(dòng)電壓，只能用于驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)電壓，只能用于驅(qū)動(dòng)N-MOS管，且輸出電壓必須為正，對(duì)于管，且輸出電壓必須為正，對(duì)于Buck-Boost電路不能用電路不能用IR系列驅(qū)動(dòng)芯片高端驅(qū)動(dòng)部分系列驅(qū)動(dòng)芯片高端驅(qū)動(dòng)部分

12、IR系列驅(qū)動(dòng)芯片低端驅(qū)動(dòng)部分可以系列驅(qū)動(dòng)芯片低端驅(qū)動(dòng)部分可以直接直接驅(qū)動(dòng)低驅(qū)動(dòng)低端的端的N-MOS管，也可以管，也可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)P-MOS管，但只能是管，但只能是輸入電壓小于輸入電壓小于20V場(chǎng)合，且只能用下拉驅(qū)動(dòng)方式。場(chǎng)合，且只能用下拉驅(qū)動(dòng)方式。常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 專用驅(qū)動(dòng)芯片專用驅(qū)動(dòng)芯片IR系列系列-高端和低端驅(qū)動(dòng)高端和低端驅(qū)動(dòng)IR2101常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 利用利用IR2101驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)P-MOS（輸入電壓小于（輸入電壓小于20V）常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 專用驅(qū)動(dòng)芯片專用驅(qū)動(dòng)芯片IR系列系列-高端驅(qū)動(dòng)高端驅(qū)動(dòng)IR2125常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 光耦隔離芯片光耦隔離芯片-TLP

13、250常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 利用利用TLP250驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)P-MOS（輸入電壓小于（輸入電壓小于20V）常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 利用利用TLP250驅(qū)動(dòng)低端驅(qū)動(dòng)低端N-MOS管管常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 光耦隔離驅(qū)動(dòng)系列芯片光耦隔離驅(qū)動(dòng)系列芯片 光耦隔離驅(qū)動(dòng)系列芯片有很多不同型號(hào)，光耦隔離驅(qū)動(dòng)系列芯片有很多不同型號(hào)，只要能產(chǎn)生隔離的驅(qū)動(dòng)電源，只要能產(chǎn)生隔離的驅(qū)動(dòng)電源，P-MOS、N-MOS、高端、低端均可適用。、高端、低端均可適用。常用驅(qū)動(dòng)芯片常用驅(qū)動(dòng)芯片 專用隔離驅(qū)動(dòng)模塊專用隔離驅(qū)動(dòng)模塊 這種驅(qū)動(dòng)方式大多用于工業(yè)場(chǎng)合，內(nèi)容含這種驅(qū)動(dòng)方式大多用于工業(yè)場(chǎng)合，內(nèi)容含有隔離的驅(qū)動(dòng)電源，輸入有隔離

14、的驅(qū)動(dòng)電源，輸入PWM光耦隔離。光耦隔離。且含有多種保護(hù)功能。且含有多種保護(hù)功能。直流電壓檢測(cè)方法直流電壓檢測(cè)方法差分放大電路差分放大電路4231RRRRININoVVRRV34 特別說(shuō)明：由于采用單電源供電，要求正負(fù)特別說(shuō)明：由于采用單電源供電，要求正負(fù)輸入端必須有一邊接公共端。輸入端必須有一邊接公共端。直流電壓檢測(cè)方法直流電壓檢測(cè)方法正直流電壓檢測(cè)正直流電壓檢測(cè)URRUd34212RRRUUd直流電壓檢測(cè)方法直流電壓檢測(cè)方法負(fù)直流電壓檢測(cè)負(fù)直流電壓檢測(cè)212RRRUUd21RUURUUFddo直流電流檢測(cè)方法直流電流檢測(cè)方法高端和低端檢測(cè)高端和低端檢測(cè)采用電阻兩端電壓不為采用電阻兩端電壓不為0時(shí)為高端檢測(cè)時(shí)為高端檢測(cè)采用電阻兩端電壓有一端為采用電阻兩端電壓有