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開關(guān)功率MOS管MOSFET分為P溝道增強型、P溝道耗盡型和N溝道增強型、N溝道耗盡型4種類型。增強型MOS具有應(yīng)用方便的“常閉”特性(即驅(qū)動信號為零時,輸出電流等于零)。在開關(guān)電源中使用的MOS管幾乎全是N溝道增強型器件。MOS管主要具備較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非常快的開關(guān)速度。2/3/2023MOS管主要工作特性(優(yōu)點)其工作頻率可以達20KHz以上,有的甚至可以達到100KHz~200KHz~2MHz,從而可以選用小型化的磁性元件和電感;是一種電壓控制元件,驅(qū)動電路設(shè)計比較簡單;MOS管中大都集成有阻尼二極管,而三極管區(qū)沒有這個阻尼二極管;體積小、重量輕;高速、大功率、高耐壓(可以達到1400V以上NMOS);高增益,存儲時間不受限制,不會熱擊穿。2/3/2023MOS管主要工作特性(缺點)導(dǎo)通電阻(Rds(on))較大,具有正溫度系數(shù),用在大電流開關(guān)狀態(tài)時,導(dǎo)通損耗較大;開啟門限驅(qū)動電壓較高(一般2~4V);P溝道MOS管耐壓還不是很高,很難找到與N溝道配對的“圖騰柱”輸出。2/3/2023MOS管的符號NMOS/PMOS的符號為:2/3/2023MOS管原理MOS管是電壓控制器件,為了在D極獲得一個較大電流,在MOS管的G極和S極間必須加一個受控的電壓,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。為了驅(qū)動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。2/3/2023MOS管驅(qū)動電阻為提高MOS管的開關(guān)速度,驅(qū)動電阻Rg不可特大,可用公式得到其值:Rg=tr(或tf)/2.2Ciss

驅(qū)動電流脈沖值:Ig=Ciss×(dV/dt)其中Rg:驅(qū)動阻抗,Ω;Ciss:MOS管的輸入電容,F(xiàn);tr和tf:分別為MOS管的上升時間和下降時間,s;dV/dt:驅(qū)動源的電壓變化率,V/s;G-S電壓無,MOS管關(guān)閉,D-S程高阻狀態(tài),抑制電流通過。請看IRF640.PDF2/3/2023設(shè)計MOS管遵守的原則MOS各腳連線盡量短,特別是G極的長度,如實在無法減少其長度,可以用一小磁環(huán)或一小電阻與MOS管串接起來。2/3/2023MOS管設(shè)計說明圖1中R1:R1是驅(qū)動電阻,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)動阻抗必須很低,防止電路發(fā)生正反饋自激振蕩。圖1中R2:為加速MOS關(guān)斷。在設(shè)計MOS管的電路時,因MOS管的柵極G的電壓大都為20~30V,所以要加保護(如穩(wěn)壓二極管)。2/3/2023TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖其內(nèi)部電路圖為:2/3/2023穩(wěn)壓管TL431TL431是一是一個有良好的熱穩(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。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管,例如,數(shù)字電壓表,運放電路、可調(diào)壓電源,開關(guān)電源等等。2/3/2023穩(wěn)壓管TL431從該器件的符號看。3個引腳分別為:陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)。從下圖可以看到,VI是一個內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源,接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知,只有當(dāng)REF端(同相端)的電壓非常接近VI(2.5V)時,三極管中才會有一個穩(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的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu),所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)用TL431的電路時,這個模塊圖對開啟思路,理解電路都是很有幫助的,本文的一些分析也將基于此模塊而展開。2/3/2023TL431工作原理TL431的基本電路如下圖2/3/2023TL431工作原理由上圖可知,它相當(dāng)于一只可調(diào)的穩(wěn)壓管,輸出電壓由R1和R2來設(shè)定,VO=VKA=(1+R1/R2)*VREFR3是限流電阻,VREF是常態(tài)下的基準(zhǔn)電壓(2.5V)。具體數(shù)據(jù)請看:TL431.PDF2/3/2023TL431在開關(guān)電源中的作用1如圖2/3/2023TL431在開關(guān)電源中應(yīng)用在過去的普通開關(guān)電源設(shè)計中,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撲結(jié)構(gòu)的方案。此類結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源有以下特點: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)動一個光耦的發(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)整一個電流模式的PWM控制器的開關(guān)時間,從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓輸出。其它具體參數(shù)請參考課本34頁。2/3/2023PC817光耦應(yīng)用框圖2/3/2023PC817光耦詳解二極管正向電流IF生成一個光源,使光敏三極管產(chǎn)生一集電極電流IC供給負載電阻RL;光敏二極管共有三個重要參數(shù):1)二極管正向電流IF;2)二極管正向壓降VF;3)輸入電壓Vin;限流電阻R=(Vin-VF)IF,一般生產(chǎn)廠家給出VF和IF,可以計算出R的值。光敏輸出有一個重要參數(shù):輸出IC=η×IF

這里的,η:耦合系數(shù)(傳輸率),一般廠家會給出;2/3/2023濾波電感共模電感:L=1/((2×3.14×f)2×C)

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