推挽式開關(guān)電源設(shè)計(jì)

推挽式開關(guān)電源設(shè)計(jì)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目一推挽式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)2013年5月30日Designofapush-pullDCswitchingpowersupply*****TPoweristoachievepowerconversionandpowertransmissionmajorequipment.Intheinformationage,therapiddevelopmentofagriculture,energy,transportation,information,nationaldefense,educationandotherfields,forthepowerindustrymademore,higherrequirements,suchasenergysaving,energysaving,materialsaving,reducedbodyweightloss,environmentalprotection,reliable,safetyetc..Thishasforcedthepowerworkerscontinuetoexploreinthepowerdevelopmentprocess,toseekavarietyofrelatedtechnology,thepowertomakethebestproducts,tomeettherequirementsofallwalksoflife.Switchingpowersupplyisanewtypeofpowersupplyequipment,comparedtotraditionallinearpowersupply,hightechnologicalcontent,lowenergyconsumption,easytouse,andhasachievedgoodeconomicbenefit.Switchingpowersupplywithlowpowerconsumption,highefficiency,widevoltagerange,smallsize,andotheradvantages,iswidelyusedincommunicationequipment,numericalcontrolequipment,instrumentation,audioandvideoequipment,householdappliancesandotherelectroniccircuits.Thispaperfirstintroducesthebasicprincipleofswitchingpowersupply,thenintroducedualoutputdriverUC3524iswidelyusedinswitchingpowersupply,andtodriveUC3524asthefoundation,throughtheprinterpowersupplycircuit,ontheworkingprincipleofpush-pullswitchingpowersupply.KEYWORDS:transformationofelectricalenergy,transformationofelectricalenergy,UC3524,transformationofelectricalenergy目錄TOC\o"1-5"\h\z前言 1第1章緒論 21.1開關(guān)電源的發(fā)展歷程 21.2開關(guān)電源的分類 31.2.1按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式分類 31.2.2按開關(guān)電源的觸發(fā)方式分類 31.2.3按輸入與輸出是否隔離分類 31.2.4按功率開關(guān)管關(guān)斷和開通工作條件分類 4開關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo) 4開關(guān)電源電路組成電源電路的主要特點(diǎn)1.6開關(guān)電源的特點(diǎn) 6第2章開關(guān)器件 72.1開關(guān)器件的特征2.2開關(guān)器件的分類 72.3常見開關(guān)器件介紹 8第3章開關(guān)電源的基本原理 1010開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)103.1.1非隔離式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 103.1.2隔離式電源開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 12推挽式開關(guān)變換電路基本原理 143.3各種不同開關(guān)變換電路的比較 16第4章UC3524介紹 17UC3524介紹 174.2UC3524的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理 17第5章UC3524組成的高壓開關(guān)電源分析與設(shè)計(jì) 205.1基于UC3524的高壓開關(guān)電源原理分析 205.2變壓器繞制步驟 225.3開關(guān)電源的電磁兼容性問題 235.3.1電磁兼容性 235.3.2電磁兼容問題要素 235.3.3解決開關(guān)電源的電磁兼容性 24結(jié)論 25謝辭 26、"―、_前言電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、信息、國(guó)防、教育等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更多、更高的要求：如節(jié)能、節(jié)電、節(jié)材、縮體、減重、環(huán)保、可靠、安全等。這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索，尋求各種相關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開關(guān)電源是一種新型電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高，耗能低，使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。自20世紀(jì)50年代，美國(guó)航空航天局為開發(fā)設(shè)計(jì)搭載火箭，研發(fā)制造以小型化，重量輕為目標(biāo)的首個(gè)開關(guān)電源以來，在將近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，開關(guān)電源慢慢逐步取代了傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并且廣泛應(yīng)用到電力電子整機(jī)設(shè)備中。伴隨集成電路的發(fā)展，開關(guān)電源逐步向集成化方向發(fā)展，趨于模塊化和小型化。將近20年以來，集成開關(guān)電源向著兩個(gè)方向發(fā)展。第一個(gè)方向是向著中、小功率開關(guān)電源單片集成化的方向發(fā)展，美國(guó)電源集成公司(Powerlntegrations)1994年率先研發(fā)成功三端隔離式PWM型單片開關(guān)電源在世界上，其屬于AC/DC電源變換器。之后相繼推出TOPSwitch-Fx、TOPSwitch、TOPSwitch-ll、TOPSwitch-GX、LinkSwitch、PeakSwitch等系列產(chǎn)品。第二個(gè)方向是對(duì)開關(guān)電源的控制電路實(shí)現(xiàn)集成化，1977年國(guó)外首先研發(fā)制造出脈寬調(diào)制(PWM)控制器集成電路，SiliconGeneral公司、美國(guó)Motorola公司、Unitrode公司等相繼推出一系列PWM芯片。近些年來，國(guó)外研發(fā)制作出開關(guān)頻率達(dá)1MHz的高速PWM、PFM芯片。目前，單片開關(guān)電源已形成了幾十個(gè)系列、數(shù)百種產(chǎn)品。與國(guó)外開關(guān)電源技術(shù)相比，中國(guó)從1977年才剛開始進(jìn)入初步發(fā)展期，起步較晚，技術(shù)比國(guó)外落后些。目前國(guó)內(nèi)DC/DC模塊電源市場(chǎng)主要被外國(guó)品牌所占領(lǐng)，他們占領(lǐng)了大功率模塊電源的大部分以及中小功率模塊電源一半的市場(chǎng)。但是，伴隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)口中小功率模塊電源正在迅速被國(guó)產(chǎn)DC/DC產(chǎn)品所替代。本文主要是引入U(xiǎn)C3524驅(qū)動(dòng)器來介紹推挽式開關(guān)變換電路的基本原理，通過打印機(jī)電路來詳細(xì)分析其主要的工作過程。第1章緒論開關(guān)電源的發(fā)展歷程隨著電子技術(shù)的發(fā)展，DC/DC電源已經(jīng)形成一個(gè)龐大的工業(yè)，材料、工藝、外封裝的不斷改進(jìn)，使DC/DC產(chǎn)品普遍被工業(yè)界采用，并在軍界、醫(yī)療、宇航等領(lǐng)域迅速推廣?，F(xiàn)已有數(shù)家產(chǎn)值達(dá)數(shù)千萬美元的公司生產(chǎn)DC/DC電源，產(chǎn)品從0.5瓦至上千瓦。從單輸出到多輸出，也有的公司把自己的DC/DC模塊產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)成用戶需要的電源系統(tǒng)。激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面,導(dǎo)致各廠家積極采用先進(jìn)技術(shù),使模塊以最小的體積達(dá)到最高的功率輸出,某些新產(chǎn)品的功率密度已可達(dá)每立方英寸10瓦。提高效率和輸出功率是大家追求的目標(biāo),場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，肖特基整流管以及磁性材料的改進(jìn),都是關(guān)鍵因素。計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展給DC/DC電源提出了新的目標(biāo)。以往的TTL電路邏輯電壓為5V，超大規(guī)模集成電路的驅(qū)動(dòng)電流較大，一個(gè)需5A電流的設(shè)計(jì)至少要25瓦輸出的電源模塊。為節(jié)省能源，新的CMOSIC設(shè)計(jì)使電壓降為3.3V，同樣需5A電流則可僅用16.5瓦的模塊。目前一些超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)廠家有意把電壓降至2.9V、2.1V,以節(jié)省電力,因?qū)C/DC電源產(chǎn)品帶來了新的挑戰(zhàn)。目前DC/DC模塊的設(shè)計(jì)人員采用同步整流技術(shù)在一定程度上使效率有所提高,但最終的改進(jìn)尚依賴于半導(dǎo)體元件性能的改善。為解決DC/DC模塊的控制電路。使用一定規(guī)模的集成電路將使DC/DC模塊性能得到革命性的進(jìn)步。DC/DC模塊的外封裝的散熱也是個(gè)關(guān)鍵間題。由于體積的限制,模塊外殼需有良好的導(dǎo)熱能力,否則將燒毀內(nèi)部半導(dǎo)體元件。近幾年已有把電路印刷在鋁制或陶瓷荃板上的DC/DC產(chǎn)品間世。鋁板和陶瓷板導(dǎo)熱較好，給DC/DC模塊的發(fā)展提供的新的方向。1.2開關(guān)電源的分類按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式分類按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制模式(PWM)式、脈沖頻率調(diào)制式(PFM)和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種：T不變，只改變TON來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制(PWM)保持TON不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/T實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓U0穩(wěn)壓的方法稱做脈沖頻率調(diào)制(PFM)。3既改變TON，又改變T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。按開關(guān)電源的觸發(fā)方式分類自激式開關(guān)電源自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩,使開關(guān)電源輸出直流電壓。在顯示設(shè)備的PWM式開關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。它激式開關(guān)電源它激式開關(guān)電源必須有一個(gè)振蕩器，以便產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。按輸入與輸出是否隔離分類（1） 隔離式開關(guān)變換器：它是將高頻變壓器變換器的輸入一次側(cè)與輸出二次側(cè)隔離。這些變換器類型主要有單端正激式變換器和推挽式變換器，單端反激式變換器，全橋式變換器，半橋式變換器。（2）非隔離式開關(guān)變換器：它是指輸出與出入在電氣上不隔離，輸出與輸入共用一個(gè)端子。非隔離式變換器類型主要有降壓型（Buck）變換器，降壓-升壓（Buck-Boost）變換器，升壓型（Boost）變換器，以及組合變形電路。按功率開關(guān)管關(guān)斷和開通工作條件分類（1）硬開關(guān)變換器功率開關(guān)器件是在承受電壓或電流應(yīng)力的情況下接通或關(guān)斷的。這樣不但會(huì)形成開關(guān)尖峰干擾噪聲，而且會(huì)產(chǎn)生開關(guān)損耗，需要附加屏蔽，濾波等抗噪聲技術(shù)，才可滿足高性能，高精度用電設(shè)備的要求。（2）軟開關(guān)變換器功率開關(guān)器件是在不承受電壓或電流應(yīng)力的情況下接通或關(guān)斷的；例如；流過開關(guān)管的電流為零，稱零電流開關(guān)（ZCS）；加在開關(guān)管上的電壓為零，稱零電壓開關(guān)（ZVS）°因開關(guān)過程中無電壓，電流重疊（理想情況），開關(guān)損耗大大降低，而且開關(guān)噪聲比較小，有利于開關(guān)變換器的小型化，高頻化。1.3開關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo)開關(guān)電源有以下主要技術(shù)指標(biāo)：（1）輸入的電壓變化范圍：當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，使輸出電壓保持不變的輸入電壓變化范圍。這個(gè)范圍越寬，表示電源適應(yīng)外界電壓變化的能力越強(qiáng)，電源使用范圍就越寬。它和電源的誤差放大、反饋調(diào)節(jié)電路的增益以及占空比調(diào)節(jié)范圍有關(guān)。（2）輸出內(nèi)阻R0:輸出電壓的變化量AU0與輸出電流的變化量的比值。這個(gè)比值越小，表示電源輸出電壓隨負(fù)載電流的變化越小，穩(wěn)壓性能越好。（3）效率：電源輸出功率P0與輸入功率Pi的比值。這個(gè)比值越高，開關(guān)電源的體積越小，同時(shí)可靠性也越高。（4） 輸出紋波電壓：由于開關(guān)電源的穩(wěn)壓過程是一個(gè)不斷反饋調(diào)節(jié)的過程，因此在輸出的直流電壓U0上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)疊加的波動(dòng)的紋波電壓，即輸出紋波電壓。這個(gè)電壓值越小，表示電源的輸出性能越好。（5） 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：由于電源的輸出電壓只和基準(zhǔn)電壓與輸出取樣電路的元器件參數(shù)有關(guān)，因此，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍反映在線性電源上是穩(wěn)壓調(diào)整管集電極電流的變化范圍，反映在開關(guān)電源上是開關(guān)調(diào)整管脈沖占空比D的變化范圍。（6） 輸出電壓穩(wěn)定性：輸出電壓隨負(fù)載變化而變化的特性，這個(gè)變化量越小越好。它主要和反饋調(diào)節(jié)回路的增益及頻響特性有關(guān)。（7）輸出功率P0:電源能輸出給負(fù)載的最大功率，它和負(fù)載功率有關(guān)。開關(guān)電源電路組成電源電路一般由主開關(guān)電路、副電源、輔助電路等組成。（1）主開關(guān)電源:主開關(guān)電源的輸出功率較副電源、輔助電路的輸出功率要大。它將220V交流輸入直接整流、濾波為300V左右的直流電壓，再經(jīng)過開關(guān)穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開關(guān)調(diào)整管、開關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵(lì)脈沖產(chǎn)生電路對(duì)300V左右的直流電壓進(jìn)行DC/DC開關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需的穩(wěn)定直流電壓輸出。主開關(guān)電源主要是為主負(fù)載電路提供110V-145V的直流電壓。電源電路的遙控待機(jī)功能是通過對(duì)主開關(guān)電源的控制實(shí)現(xiàn)的，主開關(guān)電源一旦停止工作，則相應(yīng)的功率放大級(jí)也將停止工作，于是主負(fù)載失去直流供電。（2）副電源:副電源的主要作用是為微處理器控制電路提供+5V的供電電壓。副電源電路一般較簡(jiǎn)單，既可采用簡(jiǎn)易開關(guān)電源，也可以采用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電路。無論負(fù)載處于正常工作狀態(tài)還是待機(jī)狀態(tài)，副電源都必須正常工作。3）輔助電路:將行輸出變壓器中產(chǎn)生的行掃描脈沖進(jìn)行整流與濾波，就可以得到各種所需的直流電壓。由于輔助電路是將行輸出級(jí)經(jīng)直流-交流-直流做兩次變換，所以又稱為二次電源。行輸出級(jí)產(chǎn)生的各種直流電壓主要給顯像管各電極供電，同時(shí)也可以為視頻輸出板尾板、場(chǎng)掃描以及圖像和伴音通道供電。電源電路的主要特點(diǎn)電源電路的主要特點(diǎn)有：由于負(fù)載均屬高可靠性設(shè)備，對(duì)電源的要求較高，因此除了提供大的功率外，還要求有較高的效率。為擴(kuò)大儀器設(shè)備的使用范圍，要求電源電路能適應(yīng)110V和220V交流供電的需要。為了使負(fù)載儀器設(shè)備使用安全，要求機(jī)芯為冷底板設(shè)計(jì)，所以輸出穩(wěn)壓取樣反饋回路普遍采用光電耦合進(jìn)行電源初、次級(jí)側(cè)的隔離，以提高設(shè)備的抗干擾性和安全性。要求電源電路有良好的過壓、過流、輸出短路、X射線保護(hù)及復(fù)位功能。(5)為了保證遙控待機(jī)功能的正確實(shí)現(xiàn)，電源電路一般還加有副電源電路。副電源電路功率不大，一般在幾瓦左右，既可以用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，也可以用線性電源實(shí)現(xiàn)。1.6開關(guān)電源的特點(diǎn)(1)效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%-90%,高的可達(dá)90%以上。(2)重量輕。由于開關(guān)電源的交流輸入省掉了電源變壓器，節(jié)省了大量漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了。(3)穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90V-270V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。4)安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切換電源，保證其功能可靠。（5） 功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHZ以上，因此濾波原件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗，特別是，由于功率開關(guān)管在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍原件不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。第2章開關(guān)器件2.1開關(guān)器件的特征（1） 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至mW級(jí)，大至MW級(jí)，大多數(shù)遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。（2） 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。（3） 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際開關(guān)。（4） 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。（5） 為保證不至于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器，導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總成開關(guān)損耗。對(duì)某些器件來講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是開關(guān)器件功率損耗的主要原因。當(dāng)開關(guān)器件開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)隨時(shí)增大，可能成為開關(guān)器件功率損耗的主要原因。2.2開關(guān)器件的分類（1） 半控型器件：半控型器件是指通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通但不能控制其關(guān)斷，晶閘管及其大部分派生器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。（2） 全控型器件：全控型型器件是指通過控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通又可控制其截止，又稱為自關(guān)斷器件，如電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET，門極可關(guān)斷晶閘管GTO，絕緣雙極晶體管IGBT。（3） 不可控器件：不可控器件是指不能用控制信號(hào)來控制其關(guān)斷，即不需要驅(qū)動(dòng)電路。如電力二極管只有兩個(gè)端子，它的導(dǎo)通和截止是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。2.3常見開關(guān)器件介紹（1） 電力二極管：電力二極管自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器，并已開始逐步取代汞弧整流器。雖然是不可控器件，但其結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，所以直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備當(dāng)中。其基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣，以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)，由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成。由于電力二極管正向?qū)〞r(shí)要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略，且其引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響。（2） 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管：電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵中的MOS型，簡(jiǎn)稱電力MOSFET。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電源電子裝置。圖2-1電力MOSFET內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖電力場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，其原理為：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極之間電壓為0。P基區(qū)和N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間沒有電流通過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極之間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，即不會(huì)有柵極電流流過，但是柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開，使得P區(qū)中的電子被吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)UGS的電壓大于開啟電壓（或閥值電壓）UT時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將會(huì)超過空穴濃度，使P型半導(dǎo)體成N型半導(dǎo)體而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失，漏極和源極導(dǎo)電。UGS超過UT越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流越大。電力MOSFET開關(guān)時(shí)間在10-100ns之間，其工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要開關(guān)器件中最高的。它屬于場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需要輸入電流，但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電，故仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率就越大。（3）絕緣柵極雙極晶體管：絕緣柵極雙極晶體管即IGBT為三端器件，分別有柵極G，集電極C，和發(fā)射極E。IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，它是場(chǎng)控器件，其通斷由柵射極電壓UGE決定。需導(dǎo)通時(shí)，UGE大于開啟電壓，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通；導(dǎo)通時(shí)有一壓降，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小；需關(guān)斷時(shí)，柵射極間施加反壓或不加信號(hào)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。第3章開關(guān)電源的基本原理開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源（直流變換器）的類型很多，從輸入輸出有無隔離角度，開關(guān)電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。這兩種類型中又各自包含有不同的電路拓?fù)浞N類。每種結(jié)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，下邊將對(duì)各種開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要敘述和比較。非隔離式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非隔離式電路是指輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。非隔離式又可分串聯(lián)式結(jié)構(gòu)、并聯(lián)式結(jié)構(gòu)和極性反轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)三種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這三種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)，工作過程不一樣，應(yīng)用場(chǎng)合也不一樣。（1）聯(lián)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理：圖3-1所示為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:在主回路中開關(guān)器件T與輸入端、輸出端、電感器L、負(fù)載RL四者成串聯(lián)連接的關(guān)系。正常工作時(shí)，功率開關(guān)晶體管VT在開關(guān)脈沖信號(hào)的作用下周期性地在導(dǎo)通和截止直接交替轉(zhuǎn)換。功率開關(guān)晶體管T交替工作于導(dǎo)通/截止兩種狀態(tài)，當(dāng)功率開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，電源輸入端通過開關(guān)管T及電感器L對(duì)負(fù)載供電，并同時(shí)對(duì)電感器L充電，當(dāng)功率開關(guān)管T截止時(shí)，電感器L中的反向電動(dòng)勢(shì)使得續(xù)流二極管D自動(dòng)導(dǎo)通，電感器L中儲(chǔ)存的能量將通過續(xù)流二極管D形成回路，對(duì)負(fù)載RL持續(xù)續(xù)供電，從而保證了負(fù)載端獲得。圖3-1串聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電路主回路串聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，輸出電壓與輸入電壓成線性比例關(guān)系，其表達(dá)式為：Vo二VixD，D為開關(guān)器件T的占空比，D越大輸出越大，其最大值為1，因此串聯(lián)式結(jié)構(gòu)只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓，通常適合于降壓式變換。（2）并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和工作原理：如圖3-2所示為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，并聯(lián)式結(jié)構(gòu)與串聯(lián)式結(jié)構(gòu)比較而言有相同的組成部分，只是他們的位置被重新布置了一下。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:在主回路中開關(guān)器件T與輸出端負(fù)載成并聯(lián)連接的關(guān)系。開關(guān)晶體管T交替工作于導(dǎo)通/截止兩種狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)晶體管T導(dǎo)通時(shí)，輸入端電源通過功率開關(guān)管T對(duì)電感器L進(jìn)行充電，同時(shí)續(xù)流二極管D截止，電容器存儲(chǔ)的電能對(duì)負(fù)載RL進(jìn)行供電；當(dāng)晶體開關(guān)管T截止時(shí)，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，輸入端電源的電壓與電感器l中的自感電動(dòng)勢(shì)正向疊加后，通過續(xù)流二極管D對(duì)負(fù)載RL進(jìn)行持續(xù)供電，并同時(shí)對(duì)電容器C充電。圖3-2并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電路主回路由此可見，在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，能夠得到高于輸入電壓的輸出電壓，升壓式變換電路的稱謂就是由此而來，適合于輸出電壓比輸入電壓高的環(huán)境，并且由于要求獲得的負(fù)載電流連續(xù)，并聯(lián)結(jié)式構(gòu)比串聯(lián)式結(jié)構(gòu)對(duì)輸出濾波電容器C的容量有著更高的要求。（3） 極性反轉(zhuǎn)型變換器的結(jié)構(gòu)：圖3-3所示為極性反轉(zhuǎn)變換器的結(jié)構(gòu)，輸入電壓與輸出電壓極性相反。電路結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)是：在主回路中，相對(duì)于輸入端來說，電感L與負(fù)載RL并聯(lián)。開關(guān)管T交替工作在導(dǎo)通/關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，工作的過程與并聯(lián)結(jié)構(gòu)相似。圖3-3極性反轉(zhuǎn)開關(guān)電源主回路當(dāng)功率開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，輸入端電源通過開關(guān)管T對(duì)電感器L進(jìn)行充電，同時(shí)續(xù)流二極管D截止，電容器釋放存儲(chǔ)的電能向負(fù)載RL進(jìn)行供電；當(dāng)功率開關(guān)管T截止時(shí)，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，電感器L中的自感電動(dòng)勢(shì)通過續(xù)流二極管D對(duì)負(fù)載RL供電，且同時(shí)向電容器C充電，因?yàn)槔m(xù)流二極管d存在反向極性的作用，輸出端輸出的電壓極性與原來相反。3.1.2隔離式電源開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隔離式是指輸出端與輸入端沒有電氣上的連接，利用脈沖型變壓器具有的磁耦合方式來傳遞能量，輸出輸入完全在電氣上隔離。隔離式開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又可分為下面幾種：（1） 單端反激式：圖3-4電路所示，其中，單端的意思是說變換器的磁芯只能工作于磁滯回線的一側(cè)。圖3-4單端反激式開關(guān)電源主回路反激是指若功率調(diào)整開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，變壓器N在一次側(cè)繞組中儲(chǔ)存能量；若功率調(diào)整開關(guān)管T截止時(shí)，變壓器N通過二次側(cè)繞組對(duì)負(fù)載提供能量。使得原/副邊交替通斷。如此能夠避免變壓器磁能的積累過量問題，但是由于變壓器存在漏感，會(huì)在原邊形成電壓尖峰，可能會(huì)擊穿調(diào)整管T，所以需要設(shè)置RCD緩沖器的參數(shù)。（2） 單端正激式：從電源電路原理圖3-5上看，正激式與反激式很類似，雖然表面上看起來只是變壓器同名端的不同，但其實(shí)工作過程不同。若T導(dǎo)通，變壓器N的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組同時(shí)導(dǎo)通，向負(fù)載傳遞能量，濾波電感L則儲(chǔ)存能量；若T截止，電感L則通過二極管D1持續(xù)對(duì)負(fù)載提供所存儲(chǔ)的能量。圖3-5單端正激式開關(guān)電源主回路此電路的首要問題是：功率開關(guān)管T交替工作在開通/截止兩種狀態(tài)，