《电力电子技术》课件模块三——项目5.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,*,电力电子技术,2010,年,6,月,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,模块三,开关电源,开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这为开关电源提供了广阔的发展空间。如图是常见的,PC,主机开关电源。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,本模块分解成认识大功率晶体管（,GTR,）和功率场效应晶体管（,MOSFET,）、开关电源主电路两个项目，通过学习相关的知识和实施相应的项目，使学生在完成本模块的项目后能够：,1,认识大功率晶体管,GTR,和功率场效应晶体管,MOSFET,。,2,会选择和测试大功率晶体管,GTR,和功率场效应晶体管,MOSFET,。,3,熟悉,DC/DC,变换电路的基本概念。,4,能分析,DC/DC,变换电路的工作原理。,5,在小组合作实施项目过程中培养与人合作的精神。,6,学会分析问题和解决问题的方法。,7,强化成本核算和安全用电意识、规范职业行为。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,项目五 认识大功率晶体管（,GTR,）,和功率场效应晶体管（,MOSFET,）,【,学习目标,】,观察大功率晶体管,GTR,和功率场效应晶体管,MOSFET,的外形，让同学们认识这两种器件的外形结构、端子及型号。,通过测试，会判别器件的端子、判断器件的好坏。,通过选择器件，掌握器件的基本参数、具备成本核算意识。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,一、项目分析,开关电源是通过控制功率开关管的导通与截止，将直流电压变成连续的脉冲，再经变压器隔离降压及输出滤波后变为低压的直流电。那么，常用的开关器件有哪些？这些开关管在什么条件下导通？在什么情况下截止？它们的导通和截止是如何控制的？有哪些需要注意的问题？下面来介绍相关知识。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,二、相关知识,（一）大功率晶体管（,GTR,）,1,大功率晶体管的结构和工作原理,三端,三层,器件，有两个,PN,结，分,NPN,型和,PNP,型。,采用三重扩散台面型结构制成单管形式。结面积大、电流分布均匀，易散热；但电流增益低。,图形符号,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2,GTR,的特性与主要参数,t,on,=,t,d,+t,r,开通时间,关断时间,t,off,=,t,s,+t,f,t,d,延迟时间,t,r,上升时间,t,s,存储时间,t,f,下降时间,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,GTR,的,安全工作区,最高工作电压,集电极最大允许电流,最大耗散功率,二次,击穿功耗,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,GTR,主要参数一般指极限参数，即最高工作电压、最大工作电流、最大耗散功率和最高工作结温等。,1,）最高工作电压。,GTR,上所施加的电压超过规定值时，就会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。,U,（,BR,）,CBO,：发射极开路时，集电极和基极间的反向击穿电压。,U,（,BR,）,CEO,：基极开路时，集电极和发射极之间的击穿电压。,U,（,BR,）,CER,：实际电路中，,GTR,的发射极和基极之间常接有电阻,R,，这时用,BU,cer,表示集电极和发射极之间的击穿电压。,U,（,BR,）,CES,：当,R,为,0,，即发射极和基极短路，用,BU,ces,表示其击穿电压。,U,（,BR,）,CEX,：发射结反向偏置时，集电极和发射极之间的击穿电压。,其中,U,（,BR,）,CBO,U,（,BR,）,CEX,U,（,BR,）,CES,U,（,BR,）,CER,U,（,BR,）,CEO,，实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比,U,（,BR,）,CEO,低得多。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2,）集电极最大允许电流,I,cM,。,GTR,流过的电流过大，会使,GTR,参数劣化，性能将变得不稳定，尤其是发射极的集边效应可能导致,GTR,损坏。因此，必须规定集电极最大允许电流值。通常规定共发射极电流放大系数下降到规定值的,1/2,1/3,时，所对应的电流,I,c,为集电极最大允许电流，以,I,cM,表示。实际使用时还要留有较大的安全余量，一般只能用到,I,cM,值的一半或稍多些。,3,）集电极最大耗散功率,P,cM,。集电极最大耗散功率是在最高工作温度下允许的耗散功率，用,P,cM,表示。它是,GTR,容量的重要标志。晶体管功耗的大小主要由集电极工作电压和工作电流的乘积来决定，它将转化为热能使晶体管升温，晶体管会因温度过高而损坏。实际使用时，集电极允许耗散功率和散热条件与工作环境温度有关。所以在使用中应特别注意值,I,C,不能过大，散热条件要好。,4,）最高工作结温,T,JM,。,GTR,正常工作允许的最高结温，以,T,JM,表示。,GTR,结温过高时，会导致热击穿而烧坏。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,4,GTR,的驱动与保护,（,1,）,GTR,基极驱动电路,1,）对基极驱动电路的要求。,主电路与控制电路间的电隔离。,在使,GTR,导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿，并有一定幅度的强制电流，以加速开通过程，减小开通损耗，如图。,GTR,导通期间，在任何负载下，基极电流都应使,GTR,处在临界饱和状态，这样既可降低导通饱和压降，又可缩短关断时间。,在使,GTR,关断时，应向基极提供足够大的反向基极电流（见图），以加快关断速度，减小关断损耗。,应有较强的抗干扰能力，并有一定的保护功能。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2,）基极驱动电路,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（,2,）,GTR,的保护电路,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（二）功率场效应晶体管,1,功率,MOSFET,的结构及工作原理,（,1,）结构,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,外形,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（,2,）工作原理,当,D,、,S,加正电压（漏极为正，源极为负），,U,GS=0,时，,P,体区和,N,漏区的,PN,结反偏，,D,、,S,之间无电流通过；如果在,G,、,S,之间加一正电压,U,GS,，由于栅极是绝缘的，所以不会有电流流过，但栅极的正电压会将其下面,P,区中的空穴推开，而将,P,区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的,P,区表面。当,U,GS,大于某一电压,U,T,时，栅极下,P,区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使,P,型半导体反型成,N,型半导体而成为反型层，该反型层形成,N,沟道而使,PN,结,J1,消失，漏极和源极导电。电压,U,T,称开启电压或阀值电压，,U,GS,超过,U,T,越多，导电能力越强，漏极电流越大。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2,功率,MOSFET,的特性与参数,（,1,）功率,MOSFET,的特性,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（,2,）功率,MOSFET,的主要参数,1,）漏极电压,U,DS,。它就是,MOSFET,的额定电压，选用时必须留有较大安全余量。,2,）漏极最大允许电流,I,DM,。它就是,MOSFET,的额定电流，其大小主要受管子的温升限制。,3,）栅源电压,U,GS,。栅极与源极之间的绝缘层很薄，承受电压很低，一般不得超过,20V,，否则绝缘层可能被击穿而损坏，使用中应加以注意,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,3,功率,MOSFET,的驱动与保护,（,1,）功率,MOSFET,的驱动,1,）对栅极驱动电路的要求。,能向栅极提供需要的栅压，以保证可靠开通和关断,MOSFET,。,减小驱动电路的输出电阻，以提高栅极充放电速度，从而提高,MOSFET,的开关速度。,主电路与控制电路需要电的隔离。,应具有较强的抗干扰能力，这是由于,MOSFET,通常工作频率高、输入电阻大、易被干扰的缘故。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,理想的栅极控制电压波形，如图,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2,）栅极驱动电路举例,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（,2,）,MOSFET,的保护电路,1),防止静电击穿。,2),防止偶然性振荡损坏器件。,3),防止过电压。,4),防止过电流。,5),消除寄生晶体管和二极管的影响。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,三、项目实施,（一）认识,GTR,和,MOSFET,外形,1,大功率晶体管,GTR,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,2,功率场效应晶体管,MOSFET,功率场效应晶体管的外形如图所示。,大多数功率场效应晶体管的管脚位置排列顺序是相同的，即从场效应晶体管的底部（管体的背面）看，按逆时针方向依次为漏极,D,、源极,S,、栅极,G1,和栅极,G2,。因此，只要用万用表测出漏极,D,和源极,S,，即可找出两个栅极。,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（二）解释,GTR,和,MOSFET,型号的含义,1,大功率晶体管,GTR,型号的含义,2,功率场效应晶体管,MOSFET,型号的含义,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（三）,GTR,和,MOSFET,的简单测试,1.,大功率晶体管的检测方法,（,1,）用万用表判别大功率晶体管的电极和类型,（,2,）通过测量极间电阻判断大功率晶体管的好坏,（,3,）检测大功率晶体管放大能力的简单方法,（,4,）检测大功率晶体管的穿透电流,I,CEO,（,5,）测量共发射极直流电流放大系数,h,FE,（,6,）测量饱和压降,U,ces,及,U,bes,2,功率场效应晶体管的检测方法,功率场效应管电极判别,(2),判别功率场效应管好坏的简单方法,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,（四）项目实施标准,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,THE END,长沙民政职业技术学院电子信息工程系,