《开关功率MOS管》PPT课件.ppt

2020 3 23 开关功率MOS管 MOSFET分为P沟道增强型 P沟道耗尽型和N沟道增强型 N沟道耗尽型4种类型 增强型MOS具有应用方便的 常闭 特性 即驱动信号为零时 输出电流等于零 在开关电源中使用的MOS管几乎全是N沟道增强型器件 MOS管主要具备较大的安全工作区 良好的散热稳定性和非常快的开关速度 2020 3 23 MOS管主要工作特性 优点 其工作频率可以达20KHz以上 有的甚至可以达到100KHz 200KHz 2MHz 从而可以选用小型化的磁性元件和电感 是一种电压控制元件 驱动电路设计比较简单 MOS管中大都集成有阻尼二极管 而三极管区没有这个阻尼二极管 体积小 重量轻 高速 大功率 高耐压 可以达到1400V以上NMOS 高增益 存储时间不受限制 不会热击穿 2020 3 23 MOS管主要工作特性 缺点 导通电阻 Rds on 较大 具有正温度系数 用在大电流开关状态时 导通损耗较大 开启门限驱动电压较高 一般2 4V P沟道MOS管耐压还不是很高 很难找到与N沟道配对的 图腾柱 输出 2020 3 23 MOS管的符号 NMOS PMOS的符号为 2020 3 23 MOS管原理 MOS管是电压控制器件 为了在D极获得一个较大电流 在MOS管的G极和S极间必须加一个受控的电压 因MOS的栅极与源极在电气上是靠硅氧化层相互隔离的 管子加电后只有很少的一点漏电流从所加电源端流入到栅极 因此 可以说MOS管具有极高的增益和阻抗 为了驱动MOS管导通 需要在栅极和源极间加入电压脉冲 用于产生有效的充电电流 给MOS管的输入电容Ciss充电 2020 3 23 MOS管驱动电阻 为提高MOS管的开关速度 驱动电阻Rg不可特大 可用公式得到其值 Rg tr 或tf 2 2Ciss驱动电流脉冲值 Ig Ciss dV dt 其中Rg 驱动阻抗 Ciss MOS管的输入电容 F tr和tf 分别为MOS管的上升时间和下降时间 s dV dt 驱动源的电压变化率 V s G S电压无 MOS管关闭 D S程高阻状态 抑制电流通过 请看IRF640 PDF 2020 3 23 设计MOS管遵守的原则 MOS各脚连线尽量短 特别是G极的长度 如实在无法减少其长度 可以用一小磁环或一小电阻与MOS管串接起来 2020 3 23 MOS管设计说明 图1中R1 R1是驱动电阻 要尽量靠近MOS管的G极 可以消除寄生振荡 因MOS管输入阻抗很高 驱动阻抗必须很低 防止电路发生正反馈自激振荡 图1中R2 为加速MOS关断 在设计MOS管的电路时 因MOS管的栅极G的电压大都为20 30V 所以要加保护 如稳压二极管 2020 3 23 TL431内部结构图 其内部电路图为 2020 3 23 稳压管TL431 TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源 它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref 2 5V 到36V范围内的任何值 该器件的典型动态阻抗为0 2 在很多应用中可以用它代替齐纳二极管 例如 数字电压表 运放电路 可调压电源 开关电源等等 2020 3 23 稳压管TL431 从该器件的符号看 3个引脚分别为 阴极 CATHODE 阳极 ANODE 和参考端 REF 从下图可以看到 VI是一个内部的2 5V基准源 接在运放的反相输入端 由运放的特性可知 只有当REF端 同相端 的电压非常接近VI 2 5V 时 三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过 而且随着REF端电压的微小变化 通过三极管图1的电流将从1到100mA变化 当然 该图绝不是TL431的实际内部结构 所以不能简单地用这种组合来代替它 但如果在设计 分析应用TL431的电路时 这个模块图对开启思路 理解电路都是很有帮助的 本文的一些分析也将基于此模块而展开 2020 3 23 TL431工作原理 TL431的基本电路如下图 2020 3 23 TL431工作原理 由上图可知 它相当于一只可调的稳压管 输出电压由R1和R2来设定 VO VKA 1 R1 R2 VREFR3是限流电阻 VREF是常态下的基准电压 2 5V 具体数据请看 TL431 PDF 2020 3 23 TL431在开关电源中的作用1 如图 2020 3 23 TL431在开关电源中应用 在过去的普通开关电源设计中 通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的模式 这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用 但随着技术的发展 当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案 此类结构的开关电源有以下特点 输出经过TL431 可控分流基准 反馈并将误差放大 TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分 而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压 用来调整一个电流模式的PWM控制器的开关时间 从而得到一个稳定的直流电压输出 其它具体参数请参考课本34页 2020 3 23 PC817光耦应用框图 2020 3 23 PC817光耦详解 二极管正向电流IF生成一个光源 使光敏三极管产生一集电极电流IC供给负载电阻RL 光敏二极管共有三个重要参数 1 二极管正向电流IF 2 二极管正向压降VF 3 输入电压Vin 限流电阻R Vin VF IF 一般生产厂家给出VF和IF 可以计算出R的值 光敏输出有一个重要参数 输出IC IF这里的 耦合系数 传输率 一般厂家会给出 2020 3 23 电源输入级 世界各国电力系统 地区电压 V 频率 Hz 美国11760欧洲24050日本10060中东24050 60