《課分立元器件設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、2020/9/7,功率MOS管,主要工作特性： 1）其工作頻率可以達(dá)20KHz以上，有的甚至可以達(dá)到100KHz200KHz； 2）體積小、重量輕； 3）高速、大功率、高耐壓（可以達(dá)到1400V以上NMOS）； 4）高增益，存儲(chǔ)時(shí)間不受限制，不會(huì)熱擊穿。,2020/9/7,MOS管的符號(hào),NMOS/PMOS的符號(hào)為：,2020/9/7,MOS管原理,MOS管是電壓控制器件，為了在D極獲得一個(gè)較大電流，在MOS管的G極和S極間必須加一個(gè)受控的電壓，因MOS的柵極與源極在電氣上是靠硅氧化層相互隔離的，管子加電后只有很少的一點(diǎn)漏電流從所加電源端流入到柵極。因此，可以說MOS管具有極高的增益和阻抗。

2、為了驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通，需要在柵極和源極間加入電壓脈沖，用于產(chǎn)生有效的充電電流，給MOS管的輸入電容Ciss充電。 為提高M(jìn)OS管的開關(guān)速度，驅(qū)動(dòng)電阻Rg不可特大，可用公式得到其值： Rg = tr（或tf）/2.2Ciss 驅(qū)動(dòng)電流脈沖值： Ig = Ciss（dV/dt） 其中Rg：驅(qū)動(dòng)阻抗，； Ciss：MOS管的輸入電容，F(xiàn)； tr和tf：分別為MOS管的上升時(shí)間和下降時(shí)間，s； dV/dt：驅(qū)動(dòng)源的電壓變化率，V/s； G-S電壓無(wú)，MOS管關(guān)閉，D-S程高阻狀態(tài)，抑制電流通過。,2020/9/7,設(shè)計(jì)MOS管遵守的原則,MOS各腳連線盡量短，特別是G極的長(zhǎng)度，如實(shí)在無(wú)法減少其長(zhǎng)度，可

3、以用一小磁環(huán)或一小電阻與MOS管串接起來。,2020/9/7,MOS管設(shè)計(jì)說明,圖1中R1： R1是驅(qū)動(dòng)電阻，要盡量靠近MOS管的G極，可以消除寄生振蕩，因MOS管輸入阻抗很高，驅(qū)動(dòng)阻抗必須很低，防止電路發(fā)生正反饋?zhàn)约ふ袷帯?圖1中R2： 為加速M(fèi)OS關(guān)斷。 在設(shè)計(jì)MOS管的電路時(shí)，因MOS管的柵極G的電壓大都為2030V，所以要加保護(hù)（如穩(wěn)壓二極管）。,2020/9/7,MOS管的開關(guān)保護(hù)電路,為保護(hù)MOS管一般要加RC吸收電路，其原因?yàn)椋?1）RC吸收回路可以改變MOS管的負(fù)載曲線，增加了它達(dá)到最大功率的可靠性。 2）吸收回路可以消耗掉多余的關(guān)斷MOS管的能量。否則，這部分能量要由MOS管

4、開關(guān)消耗，這樣在不增加成本的情況下，可使MOS管小型化。 其計(jì)算公式為： C = Ic（tr+tf）/Vce R = Ton/3C P = （CVceVcef）/20 這里的Ic：最大的輸入MOS管電流，A； Vce：最大的電壓，V； tr/tf：開關(guān)管上升/下降時(shí)間，s； Ton：占空比1/f，s（大部分拓?fù)湫问綖?0%）； 例子：Vce=200V，tf=2us，tr=0.5us，變換器的工作頻率為20KHz，工作電流為2A，,2020/9/7,MOS保護(hù)電路（舉例）計(jì)算,C = Ic (tr+tf)/Vce = 2(0.5+2) 10-6/200 = 25（nF） Ton取1/f的40%，

5、所以： Ton=0.410-3/20 = 20（us） R= 2010-6/30.02210-6=303（ ） P=（0.02510-6）（2002）（20103）/20 = 1W,2020/9/7,濾波電感,共模電感： L=1/（23.14f）2C） 差模電感： L=（1/2）（1/（23.14f）2C） 這里的 f：設(shè)計(jì)要求的截止頻率； C：接入的X電容或Y電容；,2020/9/7,穩(wěn)壓管TL431,TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以

6、用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。 從該器件的符號(hào)看。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽(yáng)極（ANODE）和參考端（REF）。 從下圖可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用TL431的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路，理解電路都是很有幫助

7、的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。,2020/9/7,TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,其內(nèi)部電路圖為：,2020/9/7,TL431在開關(guān)電源中的作用1,如圖,2020/9/7,在開關(guān)電源上的應(yīng)用 2,在過去的普通開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過誤差放大后直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應(yīng)用中也能較好地發(fā)揮作用，但隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今世界的電源制造業(yè)大多已采用一種有類似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方案。此類結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源有以下特點(diǎn)：輸出經(jīng)過TL431(可控分流基準(zhǔn))反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個(gè)電流模式的

8、PWM控制器的開關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。上圖是一個(gè)實(shí)用的4W開關(guān)型5V直流穩(wěn)壓電源的電路。該電路采用了此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并同時(shí)使用了TOPSwitch技術(shù)。,2020/9/7,在開關(guān)電源上的應(yīng)用 3,圖中C1、L1、C8和C9構(gòu)成EMI濾波器，BR1和C2對(duì)輸入交流電壓整流濾波，D1和D2用于消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，U1是一個(gè)內(nèi)置MOSFET的電流模式PWM控制器芯片，它接受反饋并控制整個(gè)電路的工作。D3、C3是次極整流濾波電路，L2和C4組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。R2和R3是輸出取樣電阻，兩者對(duì)輸出的分壓通過TL431的REF端來控制該器件從陰極到陽(yáng)極的分流。這個(gè)電流

9、又是直接驅(qū)動(dòng)光耦U2的發(fā)光部分的。那么當(dāng)輸出電壓有變大趨勢(shì)時(shí)，Vref隨之增大導(dǎo)致流過TL431的電流增大，于是光耦發(fā)光加強(qiáng)，感光端得到的反饋電壓也就越大。U1在接受這個(gè)變大反饋電壓后將改變MOSFET的開關(guān)時(shí)間，輸出電壓隨改變而回落。事實(shí)上，上面講述的過程在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)達(dá)到平衡，平衡時(shí)Vref=2.5V，又有R2=R3，所以輸出為穩(wěn)定的5V。這里要注意的是，不再能通過簡(jiǎn)單地改變?nèi)与娮鑂2、R3的值來改變輸出電壓，因?yàn)樵陂_關(guān)電源中每個(gè)元件的參數(shù)對(duì)整個(gè)電路工作狀態(tài)的影響都會(huì)很大。按圖中所示參數(shù)時(shí)，電路可在90VAC264VAC（50/60Hz）輸入范圍內(nèi)，輸出+5V，精度優(yōu)于3%，輸出功率為4W，最大輸出電流可達(dá)0.8A，典型變換效率為70%。,2020/9/7,光電耦合器,光電耦合器性能特點(diǎn)1,2020/9/7,光電耦合器性能特點(diǎn)2,2020/9/7,光電耦合器性能特點(diǎn)3,2020/9/7,光電耦合器選用原則,2020/9/7,光電耦合器PC817,2020/9/7,PC817具體參數(shù),2020/9/7,PC817光耦應(yīng)用框圖,2020/9/7,PC817光耦詳解,二極管正向電流IF生成一個(gè)光源，使光敏三極管產(chǎn)生一集電極電流IC供給負(fù)載電阻RL； 光敏二極管共有三個(gè)重要參數(shù)： 1）二極管正向電流IF； 2）二極管正向壓降VF