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    开关电源原理及其应用

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    开关电源原理及其应用

    开关电源原理及其应用 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 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 1 自动化场合,功率电子器件已越来越多地使用 别是 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 合小功率 , 12 2. 高效超快速二极管。 合小功率, 12V 左右电源。 3. 肖特基势垒整流二极管 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( 200反向漏电流较大,易热击穿。但速度比较快,通态压降低。 目前 经超过 1 万伏。 二. 大功率晶体管 为 单管形式。电流系数 10 双管形式 达林顿管 。电流倍数 100和压降大,速度慢。下图虚线部分即是达林顿管。 图 1林 顿管应用 实际比较常用的是达林顿模块,它把 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 图 1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/2600V/3A/100考)。 三. 可控硅 控硅在大电流、高耐压场合还是必须的,但在常规工业控制的低压、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 12000A 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 造水平达到 8率为 1 无论是 是 制电路都过于复杂,特别是需要庞大的吸收电路。而且,速度低,因此限制了它的应用范围拓宽。 集成 门极 换流晶闸管 类的器件在控制门极前使用了 ,从而达到硬关断能力。 四. 功率 叫 功率场效应管 或者 功率场控晶体管 。 其特点是驱动功率小,速度高,安全工作区宽。但高压时,导通电阻与电压的平方成正比,因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V 以下,是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65考)。商业化的产品达到60V/200A/2500V/50A/100目前速度最快的功率器件。 五. 叫 绝缘栅双极型晶体管 。 这种器件的特点是集 优点于一身。输入阻抗高,速度快,热稳定性好。通态电压低,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 200800水平(参考)。速度在中等电压区域( 370可达到 150

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