开关电源原理2---原理与设计(研究级)

冷冷的风

今天开始给大家讲开关电源原理与设计应用，虽然在我们HAM的通讯领域，最好的是线性电源，但是现在开关电源应用已经非常广泛，比如电视机，电脑，显示器，甚至我们的手机充电器，几乎是无所不在，因此希望大家每天跟着学，我会一步一步由简单的元器件认识到复杂的设计应用慢慢将，经过一个阶段的努力再回头一看，大家已经是准高手了，哈哈！！！！


学  海 无 涯 苦   做  舟
书 山  有  路  勤  为  径


只有平时下功夫，才能在危难中显身手。



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。这些设备都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，性能也越来越改善。大致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面：
1．
器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例，采用双极型晶体管时，速度可以到几十千赫；使用MOSFET和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）降低。这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件体积。
3．
电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。
4．
额定电压：耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，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，它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。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低器件功耗，比如谐振式开关电源。
总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定场合，仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动化场合，功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT，特别是IGBT获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。


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。目前比较多地使用如下三种选择：


1，高效快速恢复二极管。压降0.8-1.2V，适合小功率，12V左右电源。
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等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比，所以耐压低（200V以下），反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通态压降低。
目前SBD的研究前沿，已经超过1万伏。
二．大功率晶体管GTR
分为：
单管形式。电流系数：10-30。
双管形式——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。










图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，比较多地使用了这种器件。图1-2是这种器件的内部典型结构。





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图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）。

重点*  基本元器件的认知重点*  

1， 高效快速恢复二极管


二．大功率晶体管GTR


单管形式。


双管形式——达林顿管。



[ 本帖最后由 冷冷的风 于 2008-5-30 07:34 编辑 ]

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新器件不断出现需要不断学习掌握

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2008年  好久以前了   回忆  哈哈

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