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开关电源原理及其应用维修技术培训资料

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标签: 电源

电源

开关电源原理及其应用维修技术培训资料

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名疯狂工程师运营的½站,有问必答)
开关电源原理及其应用
维修技术培训资料
站长 编著
第一部分:功率电子器件
第一节:功率电子器件及其应用要求
功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护
器等功率电子设备。这些设备½是自动化系统中必不可少的,因此,
我们了解它们是必要的。
近年来,随着应用日益高速发展的需求,推动了功率电子器件的
制造工艺的研究和发展,功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类
型朝多元化发展,性½也越来越改善。大致来讲,功率器件的发展,
½现在如下方面:
1.
器件½够快速恢复,以满足越来越高的速度需要。以开关电源
为例,
采用双极型晶½管时,
速度可以到几十千赫;
½用
MOSFET
IGBT,可以到几百千赫;而采用了谐振技术的开关电源,则
可以达到兆赫以上。
2.
通态压降(正向压降)降½。这可以减少器件损耗,有利于提
高速度,减小器件½积。
3.
电流控制½力增大。
电流½力的增大和速度的提高是一对矛盾,
目前最大电流控制½力,特别是在电力设备方面,还没有器件
½完全替代可控硅。
4.
额定电压:耐压高。耐压和电流½是½现驱动½力的重要参数,
特别对电力系统,这显得非常重要。
5.
温度与功耗。这是一个综合性的参数,它制约了电流½力、开
关速度等½力的提高。目前有两个方向解决这个问题,一是继
续提高功率器件的品质,二是改进控制技术来降½器件功耗,
比如谐振式开关电源。
总½来讲,从耐压、电流½力看,可控硅目前仍然是最高的,在
某些特定场合,仍然要½用大电流、高耐压的可控硅。½一般的工业
自动化场合,功率电子器件已越来越多地½用
MOSFET
IGBT,特别
IGBT
获得了更多的½用,开始全面取代可控硅来做为新型的功率
控制器件。
1
第二节:功率电子器件概览
一. 整流二极管:
二极管是功率电子系统中不可或缺的器件,用于整流、续流等。
目前比较多地½用如下三种选择:
1.
高效快速恢复二极管。压降
0.8-1.2V,适合小功率,12V
右电源。
2.
高效超快速二极管。0.8-1.2V,适合小功率,12V 左右电源。
3.
肖特基势垒整流二极管
SBD。0.4V,适合 5V
等½压电源。缺
点是其电阻和耐压的平方成正比,所以耐压½(200V 以下),
反向漏电流较大,易热击穿。½速度比较快,通态压降½。
目前
SBD
的研究前沿,已经超过
1
万伏。
二.大功率晶½管
GTR
分为:
单管½式。电流系数:10-30。
双管½式——达林顿管。电流倍数:100-1000。饱和压降大,
速度慢。下图虚线部分即是达林顿管。
1-1:达林顿管应用
实际比较常用的是达林顿模块,它把
GTR、续流二极管、辅助电
路做到一个模块内。在较早期的功率电子设备中,比较多地½用了这
种器件。图
1-2
是这种器件的内部典型结构。
2
`
1-2:达林顿模块电路典型结构
两个二极管左侧是加速二极管,右侧为续流二极管。加速二极管
的原理是引进了电流串联正反馈,达到加速的目的。
这种器件的制造水平是
1800V/800A/2KHz、
600V/3A/100KHz
左右
(参考)。
三. 可控硅
SCR
可控硅在大电流、高耐压场合还是必须的,½在常规工业控制的
½压、中小电流控制中,已逐步被新型器件取代。
目前的研制水平在
12KV/8000A
左右(参考)。
由于可控硅换流电路复杂,逐步开发了门极关断晶闸管
GTO。制
造水平达到
8KV/8KA,频率为 1KHz
左右。
无论是
SCR
还是
GTO,控制电路½过于复杂,特别是需要庞大的
吸收电路。而且,速度½,因此限制了它的应用范围拓½。
集成门极换流晶闸管
IGCT
MOS
关断晶闸管之类的器件在控制
门极前½用了
MOS
栅,从而达到硬关断½力。
四. 功率
MOSFET
又叫功率场效应管或者功率场控晶½管。
其特点是驱动功率小,速度高,安全工½区½。½高压时,导
通电阻与电压的平方成正比,因而提高耐压和降½高压阻抗困难。
适合½压
100V
以下,是比较理想的器件。
目前的研制水平在
1000V/65A
左右(参考)。商业化的产品达到
60V/200A/2MHz、500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。
五.
IGBT
又叫绝缘栅双极型晶½管。
这种器件的特点是集
MOSFET
GTR
的优点于一身。
输入阻抗高,
速度快,热稳定性½。通态电压½,耐压高,电流大。
目前这种器件的两个方向:一是朝大功率,二是朝高速度发展。
大功率
IGBT
模块达到
1200-1800A/1800-3300V
的水平(参考)。速
度在中等电压区域(370-600V),可达到
150-180KHz。
它的电流密度比
MOSFET
大,芯片面积只有
MOSFET
40%。½速
度比
MOSFET
½。
3
½管电力电子器件发展过程远比我们现在描述的复杂,½是
MOSFET
IGBT,特别是 IGBT
已经成为现代功率电子器件的主流。因
此,我们下面的重点也是这两种器件。
第三节:功率场效应管
MOSFET
功率场效应管又叫功率场控晶½管。
一.原理:
半导½结构分析略。本讲义附加了相关资料,供感兴趣的同事可
以查阅。
实际上,功率场效应管也分结型、绝缘栅型。½通常指后者中的
MOS
管,即
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor)。
它又分为
N
沟道、P 沟道两种。器件符号如下:
N
沟道
P
沟道
1-3:MOSFET
的图½符号
MOS
器件的电极分别为栅极
G、漏极 D、源极 S。
和普通
MOS
管一样,它也有:
耗½型:栅极电压为零时,即存在导电沟道。无论
V
GS
正负½起
控制½用。
增强型:需要正偏½栅极电压,才生成导电沟道。达到饱和前,
V
GS
正偏越大,I
DS
越大。
一般½用的功率
MOSFET
多数是
N
沟道增强型。而且不同于一般
小功率
MOS
管的横向导电结构,½用了垂直导电结构,从而提高了耐
压、电流½力,因此又叫
VMOSFET。
二.特点:
这种器件的特点是输入绝缘电阻大(1 万兆欧以上),栅极电流
基本为零。
驱动功率小,速度高,安全工½区½。½高压时,导通电阻与电
压的平方成正比,因而提高耐压和降½高压阻抗困难。
4
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