功率开关管
功率开关管是指能承受较大电流，漏电流较小，在一定条件下有较好饱和导通及截止特性的三极管，可不太考虑其放大性能，其控制极与基极电流大小或方向有关电流经集电极和发射极，方向具体要看是NPN还是PNP管。场效应管一般做电子开关用，控制与极性有关。
功率二极管
功率二极管的分类
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1.根据制造工艺分：
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扩散功率二极管
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外延功率二极管
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2.根据特性参数（trr)分:
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普通整流功率二极管
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快恢复二极管
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超快恢复二极管
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肖特基二极管（SBD）
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3.根据结构来分:
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螺栓型
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平板型
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功率二极管的工艺与结构
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基本结构：pnn+结构和p+pnn+结构
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制作工艺：外延和扩散
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外延功率二极管--pnn+（pin）结构
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扩散功率二极管--p+pnn+结构
功率二极管的工作原理
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1)当当功率二极管的UAK<0时，p+n结反偏，承担反向电压，功率二极管处于反向
阻断状态，此时漏电流很小。当UAK 继续增加，直到大于p+n 结雪崩击穿电压UBD时，功率二极管发生雪崩击穿，此时漏电流急剧增加。
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2）当UAK>0时，p+阳极区向n区注入空穴，n+阴极区向n区注入电子；当n区充满大量的非平衡载流子( △n=△p>>nn0 ) ，即达到大注入时，n区内发生电导调制效应，功率二极管处于正向导通状态，此时通过器件的电流很大，两端的压降很低。
3) 当撤走阳-阴极两端的正向电压, 并同时加上反压(UAK<0)，器件由导通状态进入
反向恢复过程导通状态下存储在n区中的大量的非平衡载流子开始消失。阳-阴极之间的反向电压可加速n区中非平衡载流子的抽取，缩短反向恢复时间。直到n区中的非平衡载流子彻底消失，功率二极管才完全截止。
功率二极管的主要参数
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1. I F(AV)：正向平均电流
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在规定的结温和散热条件下，允许流过的最大正弦半波电流的平均值。
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2. UF：正向压降
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指在一定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的管压降。
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3.URRM：反向重复峰值电压
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所能重复施加的反向最高峰值电压，其雪崩击穿电压UB的2/3。
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4. TJM：最高工作结温
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在PN结不损坏的前提下，所能承受的最高平均温度(125~175℃)。
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5. trr：反向恢复时间
指由导通到关断时，从正向电流过零到反向电流下降到其最大值的1/4时的时间间隔。
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6. I FSM：浪涌电流
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指功率二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。
功率二极管的应用
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1 工频应用：整流
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2 开速开关应用：开关电源、不间断电源、交流电动机
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3 逆变电路：与晶闸管、GTO、GCT和IGBT等器件反并联续流用。
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功率二极管的结构、特点及应用比较
常用高清行管和大功率三极管主要参数表 2010-03-02 10:33:54 阅读78 评论0 字号：大中小 高清彩电行管损坏的原因及代换 现在，大屏幕彩色电视大都是数字高清，原来50Hz的场扫描频率接近人眼感知频闪的临界点，所以高清电视都是提高扫描频率来提高图像的清晰度，即将场扫描提高到100Hz或是60Hz逐行，这样就会使行扫描的频率提高一倍，自然行输出管的开关速度和功耗都会随之增加，普通的行输出管已经不能胜任，要采用性能更好的大功率三极管。目前采用的行管有：C5144、C5244、J6920、C5858、C5905等，这些行输出管的耐压都在1500V以上，电流多大于20A，但是由于其功耗比较大，损坏率还是比较高。归纳起来，其损坏的原因一般有以下六种。 1. 行激励不足 如果行激励不足，行管不能迅速截止与饱和，导致行管内阻变大，将造成行输出电路的功耗增加，引起行输出管发烫，一旦超过行管功耗的极限值，便会使行管烧坏。 在海信高清电视中，行振荡方波信号是由数字变频解码板输出，经过一对三极管2SC1815、2SA1015放大后，送到行激励管的基极。这两个三极管工作在大电流开关状态，故障率相对较高，损坏后就会造成行激励不足，损坏行输出管，对比可以用示波器测量行管基极的波形来确定。另外，行管基极的限流电阻阻值一般为Ω，与行管的发射极串联，再与行激励变压器并联，若是阻值增大有可能用普通万用表测不出来。我们曾经修过多例次电阻增值到2Ω以上而导致开机几分钟后行管损坏的故障，且损坏行管的比例较大。 2. 行逆程电压过高 在行逆程期间，偏转线圈会对逆程电容充电，逆程电容容量大小决定充电的时间。容量越小，充电时间越短，充电电压越高，因而会产生很高的反峰脉冲电压。所以，当行一旦超过行管的耐压值，就会出现屡烧行管的结果。我们在测量逆程电容时，一般是测量电容的直流参数，而一些ESR等交流参数无法测量，所以最好是代换较可靠。 3. 行偏转线圈或行输出变压器局部短路造成行负责过重 常见场输出集成电路击穿导致行偏转线圈或行输出变压器绝缘性能下降，产生局部短路、行输出逆程电容漏电等。如果保护电路性能不完善，则会引起行管过流损坏。海信高清电视由于电源保护措施比较完善，所以这种情况不多见，表现出来的现象是行一开机就停。 4. 电源电压升高 电源电压升高会导致行逆程电压升高。现在的高清电视电源一般都是模块化的，电源设计比较合理，保护功能全，不像以前的老式电源电路，电源电压升高造成击穿行管的故障相对比较少。 5. 行管的型号和参数不对 这种情况在专业的厂家售后一般不会出现，但是作为个体维修或是业余维修就可能遇到。高清电视行管的功率大、频率高，最好用同型号行管代换。有的行管发射结没有并联电阻，如果采用普通行管，发射结并联电阻的阻值比较小，会造成基极驱动电流小，激励不足，行电流过大（正常高清行电流在500mA~600mA）而再次损坏。更换行管后测量行电流，如果原行推动变压器次级并联有缓冲电阻的，可将电阻阻值增大，甚至拿掉；如果行管发射极串联有负反馈电阻或是基极有限流电阻的，可减小该电阻阻值，再次测量行电流，如果行电流减小就适当改变这两个电阻的阻值。 6. 其他 像阻尼二极管开路、高压打火、显像管内部跳火、行信号反馈电路有故障、更换后的行管
随着制造技术的发展和进步，系统设计人员必须跟上技术的发展步伐，才能为其设计挑选最合适的电子器件。场效应管是电气系统中的基本部件，工程师需要深入了解它的关键特性及指标才能做出正确选择。本文将讨论如何根据RDS(ON)、热性能、雪崩击穿电压及开关性能指标来选择正确的场效应管。 场效应管的选择 场效应管有两大类型：N沟道和P沟道。在功率系统中，场效应管可被看成电气开关。当在N沟道场效应管的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。必须清楚场效应管的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压。如果栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭，但仍然有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。 第一步：选用N沟道还是P沟道 为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道场效应管。在典型的功率应用中，当一个场效应管接地，而负载连接到干线电压上时，该场效应管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道场效应管，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当场效应管连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P 沟道场效应管，这也是出于对电压驱动的考虑。 要选择适合应用的器件，必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法。下一步是确定所需的额定电压，或者器件所能承受的最大电压。额定电压越大，器件的成本就越高。根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护，使场效应管不会失效。就选择场效应管而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS。知道场效应管能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围，确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变。不同应用的额定电压也有所不同；通常，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应用为450～600V。 第二步：确定额定电流 第二步是选择场效应管的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的场效应管能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下，场效应管处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
功率晶体管的封装（附功率三极管封装图示） 功率晶体管包括三极管和二极管，其典型的封装形式是THM （Through-HoleMount，引脚插入式）插脚型封装，即使是在SMD （SurfacdMountingDevice，表面贴装元件）大行其道的今天也是如此，因为实践证明这种形式的封装既可靠又利于独立散热片的安装和固定。晶体管THM封装以TO（TransistorOutline，晶体管封装）为主要形式，而SMD形式的，以有引脚的为主要形式，IR（InternationalRectifier，国际整流器）开发的DirectFET 封装则是其中的特例，属于无引脚而只有焊接端子的形式，这种形式在小功率SMD器件中的应用最为广泛。 我们常见的电子元器件封装属于最终封装，是可以直接进行印制板（PCB）安装的封装形式，虽然各半导体芯片制造商都提供没有最终封装的预封装裸片（不能直接安装于印制板），但是带有最终封装的元器件仍然是最主要、最主流的提供形式。 功率晶体管相对于集成电路，引脚排列相对简单，只是外部形状各异。按照管芯封装材料来分大致有两大类：塑料封装和金属封装。如今，塑料封装最为常见，有裸露散热片的非绝缘封装和连散热片也封装在内的全塑封装（也称为绝缘封装），后者无需在散热器绝缘和晶体管之间加装额外的绝缘垫片，但是耗散功率会稍微小一些；金属封装又称为金属管壳封装或者管帽封装，有着银白色的圆形蘑菇状金属外壳，因为封装成本比较高，如今已经不太常见了。按照内部管芯的数量，可以分为单管芯、双管芯、多管芯三大类，多管芯一般耗散功率比较大，主要用于电力电子领域，比较通用的名称是模块或者晶体管模块，本文不再讨论。 三极管中，单管芯塑料封装最常见，引脚都是3个，排列也很有规律，很少有例外。有印字的一面朝向自己，引脚向下，从左至右，常见类型的功率晶体管引脚排列如下： BJT（双极性晶体管）：b（基极）、c（集电极）、e（发射极）；IGBT（绝缘栅双极晶体管）：G（栅极）、c（集电极）、e（发射极）；VMOS（垂直沟道场效应管）：G（栅极）、D（漏极）、S（源极）；BCR（双向晶闸管）：A1（阳极1）、A2（阳极2）、G（控制极）；SCR（单向晶闸管）：K（阴极）、A（阳极）、G（控制极）大功率二极管除了特有的DO（DirectOutline，两端直接引线）封装外，也常常采用塑封三极管的封装形式，三引脚为共阴极或者共阳极以及双管芯并联，或者将三引脚改为两引脚，通常是中间的一脚省去。 对于塑料封装而言，三引脚的TO-220是基本形式，由此扩大，有TO-3P、TO-247、TO-264等，由此缩小，有TO-126、TO-202等，并各自延伸出全绝缘封装以及更多引脚封装和SMD形式。其目的也很明确，在保证耗散功率的前提下缩小封装成本，对于高频开关器件，还要减小引线电感和电容，DirectFET封装就是典型的例子。很多封装仅从外部形状来看，很相似，这时候就需要注意其实际的外
深圳市普顿电力设备有限公司 48V直流通信电源 （直流变换器-通信电源-高频开关电源）（通信机房基站移动通信专用） 使 用 手 册
一：普顿整流模块简介 (一) 整流模块的工作原理 整流模块的原理框图如图5-1所示，EMI 电路有两个功能： 1）防止市电电网由于负载的开关及闪电造成的尖峰对整流模块造成的危害； 2）阻止整流模块内高频开关产生的干扰电压及电流反灌给电网。 EMI 交流输入 全桥整流 DC/DC 变换电路 输出整流滤波电路 PWM 控制电路 电压、电流检测 监控接口 直流输出 图5-1 普顿-4830-2U 整流模块工作原理框图 整流模块变换电路为双正激拓扑结构，开关管同时导通，不存在桥式拓扑中桥臂直通的危险；变压器也不存在因偏磁而造成饱和的危险；从拓扑结构上保证了模块的可靠性。双路互补倍频的双正激拓扑，使整流模块工作频率高达160kHz 。 本模块的设计采用了高频脉宽调制技术，低差自主均流技术，以及高可靠快速保护技术。低差自主均流控制单元确保模块并联运行时实现模块间自动均流，从轻载（5％负载）到额定负载，模块间最大电流误差<2A 。高可靠快速保护以及专门设计的短路回收特性，确保模块长期短路也不会损坏，完善的保护功能保证了系统与模块安全可靠运行。 该模块具有150V AC ～300V AC 的电压输入范围。为确保模块安全可靠地工作，设计了二级限流功能，当电网电压在176V AC ±5V 以下时，电源模块自动进入限流工作区间，最大输出电流为15A ；当电网电压在176V AC ±5V 到300V AC 之间时，模块额定工作电流为30A 。
整流模块采用了输入、输出滤波电路及屏蔽结构，使模块具有电磁兼容性，各项杂音指标均优于部颁标准。模块结构以及内部元器件布局，考虑了各种安全规范，使模块具有较高的安全性。 二：普顿整流模块外形结构 图5-2 输出显示DISPLAY CD 电流显示 电压显示 VD POWER 电源开关 运行 RUN 均充微调 EC ADJ FC 浮充 均充 EC 浮充微调 FC ADJ MANUAL手动 自动AUTO 故障 ALM DC+DC-E N L 并机接口 A型机箱机械尺寸图 图5-3
开关电源的发展前景 提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备（如移动电话，数字相机等）尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有： 一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。 二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的"电压-振动"变换和"振动- 电压"变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。 三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。 电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。 高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。 对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管（SBD），可降低管压降，从而提高电路效率。
分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站（如图像处理站）、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模块化；容易实现N+1功率冗余，易于扩增负载容量；可降低48V母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。 现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。 由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧（交流输入端）功率因数仅为～。采用PFC（功率因数校正）变换器，网侧功率因数可提高到～，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟；三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。 一般高功率因数AC/DC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率AC/DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。 如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器。 电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。 现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流
大功率三极管参数 MJ15024 | NPN | 250V | 16A | 250 W MJ15025 | PNP | 250V | 16A |250 W E13005-2是“高速/高压开关管” 参数：硅、NPN、700V/400V 、8A 、75W 、β≥10 三极管参数大全 BU2525AF NPN 30 开关功放1500V12A150W /350NS BU2525AX NPN 30 开关功放1500V12A150W /350NS BU2527AF NPN 30 开关功放1500V15A150W BU2532AW NPN 30 开关功放1500V15A150W(大屏) BUH515 NPN BCE 行管1500V10A80W BUH515D NPN BCE 行管1500V10A80W(带阻尼) BUS13A NPN 12 开关功放1000V15A175W BUS14A NPN 12 开关功放1000V30A250W BUT11A NPN 28 开关功放1000V5A100W BUT12A NPN 28 开关功放450V10A125W BUV26 NPN 28 音频功放开关90V14A65W /250ns BUV28A NPN 28 音频功放开关225V10A65W /250ns BUV48A NPN 30 音频功放开关450V15A150W BUW13A NPN 30 功放开关1000V15A150W BUX48 NPN 12 功放开关850V15A125W BUX84 NPN 30 功放开关800V2A40W BUX98A NPN 12 功放开关400V30A210W5MHZ DTA114 PNP 10K-10K 160V0.6A0.625W(带阻) DTC143 NPN 录像机用4.7K-4.7K HPA100 NPN BCE 大屏彩显行管21# HPA150 NPN BCE 大屏彩显行管21# HSE830 PNP BCE 音频功放80V115W1MHZ HSE838 NPN BCE 音频功放80V115W1MHZ COP/MJ4502 MN650 NPN BCE 行管1500V6A80W MJ802 NPN 12 音频功放开关90V30A200W MJ2955 PNP 12 音频功放开关60V15A115W MJ3055 NPN 12 音频功放开关60V15A115W MJ4502 PNP 12 音频功放开关90V30A200W COP/MJ802 MJ10012 NPN 12 达林顿400V10A175W MJ10015 NPN 12 电源开关400V50A200W
MOSEFT 分析：理解功率MOSFET 的开关损耗 本文详细分析计算开关损耗，并论述实际状态下功率MOSFET 的开通过程和自然零电压关断的过程，从而使电子工程师知道哪个参数起主导作用并更加深入理解MOSFET。 MOSFET 开关损耗 1 1 开通过程中开通过程中MOSFET 开关损耗 功率MOSFET 的栅极电荷特性如图1所示。值得注意的是：下面的开通过程对应着BUCK 变换器上管的开通状态，对于下管是0电压开通，因此开关损耗很小，可以忽略不计。 a 图1 MOSFET 开关过程中栅极电荷特性 开通过程中，从t0时刻起，栅源极间电容开始充电，栅电压开始上升，栅极电压为 其中： ，VGS 为PWM 栅极驱动器的输出电压，Ron 为PWM 栅极驱动器内部串联导通电阻，Ciss 为MOSFET 输入电容，Rg 为MOSFET 的栅极电阻。 VGS 电压从0增加到开启阈值电压VTH 前，漏极没有电流流过，时间t1为 VGS 电压从VTH 增加到米勒平台电压VGP 的时间t2为
VGS处于米勒平台的时间t3为 t3也可以用下面公式计算： 注意到了米勒平台后，漏极电流达到系统最大电流ID，就保持在电路决定的恒定最大值ID，漏极电压开始下降，MOSFET固有的转移特性使栅极电压和漏极电流保持比例的关系，漏极电流恒定，因此栅极电压也保持恒定，这样栅极电压不变，栅源极间的电容不再流过电流，驱动的电流全部流过米勒电容。过了米勒平台后，MOSFET完全导通，栅极电压和漏极电流不再受转移特性的约束，就继续地增大，直到等于驱动电路的电源的电压。 MOSFET开通损耗主要发生在t2和t3时间段。下面以一个具体的实例计算。输入电压12V，输出电压3.3V/6A，开关频率350kHz，PWM栅极驱动器电压为5V，导通电阻1.5Ω，关断的下拉电阻为0.5Ω，所用的MOSFET为AO4468，具体参数为Ciss=955pF，Coss=145pF，Crss=112pF，Rg=0.5Ω；当VGS=4.5V，Qg=9nC；当VGS=10V，Qg=17nC，Qgd=4.7nC，Qgs=3.4nC；当VGS=5V且ID=11.6A，跨导gFS=19S；当VDS=VGS且ID=250μA，VTH=2V；当VGS=4.5V且ID=10A， RDS(ON)=17.4mΩ。 开通时米勒平台电压V GP： 计算可以得到电感L=4.7μH.，满载时电感的峰峰电流为1.454A，电感的谷点电流为5.273A，峰值电流为6.727A，所以，开通时米勒平台电压 V GP=2+5.273/19=2.278V，可以计算得到：
移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低，而电流很大。电源的功率要求也比较高，一般都是几千瓦到几十千瓦。目前，如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源，输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调，满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术，同时采用了较好 的散热结构，该电源的各项指标都满足了用户的要求，现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出，高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构，整个主电路，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值，防止偏磁的。考虑到效率的问题，谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大，将会导致过高 的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。
开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中，滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡，图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后，功率母排的温升为38℃，电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升，我们最终采用了容性功率母排，图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出，谐振基本消除，满载运行一小时后，无感功率母排的温升为11℃，电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构，使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗，输出整流二极管采用多只大电流（400A）、耐高电压（80V）的肖特基二极管并联使用。而且，每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样，每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时，次级整流二极管配上了RC吸收网络，以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗，有利于效率的提高。 对于大电流输出来说，一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件，并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方
开关整流器的基本原理 一、填空 1、功率变换器的作用是（）。 将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压 2、整流滤波器电路的作用是（）。 将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压 3、开关电源控制器的作用是将输出（）取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的（），从而调整（）以使输出电压可调且稳定。 直流电压、宽度、开通时间。 4、开关整流器的特点有（）、（）、（）、（）、（）、（）及（）。 重量轻、体积小、功率因数同、可闻噪声低、效率高、冲击电流小、模块式结构。 5、采用高频技术，去掉了（），与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只是相控整流器的（），重量已接近（）。 工频变压器、1/10、1/10。 6、相控整流器的功率随可控硅（）的变化而变化，一般在全导通时，可接近（）以上，而小负载时，仅为左右，经过校正的开关电源功率因数一般在（），以上，并且基本不受（）变化的影响。 导通角、、。 7、在相控整流设备件，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于（），而开关电源在无风扇的情况下，可闻噪声仅为（）左右。 60db、45db。
8、开关电源采用的功率器件一般（比较）较小，带功率因数补偿的开关电源其整流器效率可达（）以上，较好的可做到（）以上。 88%、91%。 9、目前开关整流器的分类主要有两种，一类是采用（）设计的整流器，一般称之为（），二是采用（）设计的整流器，主要指（）开关整流器。 硬开关技术、SMR、软开关技术、谐振型 10、谐振型技术主要是使各开关器件实现（）或（）导通或截止，从而减少开关损耗，提高开关频率。 零电压、零电流。 11、按有源开关的过零开关方式分类，将谐振型开关技术分为（）—ZCS、（）—ZVS两大类。 12、单端正激变换电路广泛应用于（）变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制造不复杂的主要电路之一。 13、单端反激变换电路一般用在（）输出的场合。 14、全桥式功率变换电路主要应用于（）变换电路中。 15、半桥式功率变换电路得到了较广泛的应用，特别是在（）和（）的场合，其应用越来越普遍。 16、开关电源模块的寿命是由模块内部工作（）所决定，温升高低主要是由模块的（）高低所决定，现在市场上大量使用的开关电源技术，主要采用的是（）技术。 17、功率密度就是功率的（），比值越大说明单位体积的功率越大。 18、计算功率有两种方法，一种是（），另一种是模块允许的，在交流和直流变化的全电压范围内所能提供的（）。
PMOS开关管电路设计指 南 2013/7/18 本文档的目的 1）能够根据本指南进行PMOS管开关电路设计
更新说明
目录 一、NMOS管等效电路 (4) 二、公司固定传感器控制盒PMOS开关电路分析 (4)
PMOS开关管电路设计指南 一、NMOS管等效电路 A） B） 图2 NMOS管等效模型 1、驱动G极时，因为输入电容Ciss（Cgd+Cgs）的存在，要求电压变化快，i=Cdu/dt， 当G极电流大时，du/dt也大，增大开关速度。 2、根据B图，功率MOS管内部存在等效三极管，当S接地，刚上电时，三极管 会导通，且电流有可能过大，所以，最好D极有缓启动电路保护。 3、根据A图，反向寄生二极管有可能被正向或反向击穿。反向击穿有可能因为 D极部分，当电源开启时会有冲击电流，因为线上电感原因，U = Ldi/dt，导致U过大。正向击穿，可能因为S极在关电时，因为线上电感原因，造成U过大；或者线上串入能量较大干扰电压，导致寄生二极管正向通道电流过大，烧毁寄生二极管，从而造成MOS管失效。 二、控制盒PMOS开关电路分析 1、小电流切换电路
A) B) 图3 5V激光器驱动电路和24V LED灯驱动电路 1、电路A： 1）三极管集电极电阻过大，导致开关速度不高；考虑是激光器驱动电路，正好使用这个缓启动功能。 2）MOS管损坏过，现象是能够正常开启MOS管，但不能完全关断MOS管，怀疑是MOS管寄生二极管损坏导致。 解决办法， a）更换Vds较大的MOS管（IRLML5203，Vds最大30V，而6401的Vds最大12V）b）电源处增加缓启动 c）D端增加5V TVS d）在输出端口增加电阻等措施 e）去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管，如有可能，在输出放置防反接二极管。 2、电路B 1）24V驱动电路，导通时Vgs过大，影响PMOS管寿命 解决办法：修改R13为10K，R11为20K，Vgs最大为-8V 2）电源上电有可能Vgs过大，在G、S极增加一个8V稳压二极管保护 3）IRF9393的最大Vds约55V，更改为IRF6217，最大Vds变为150V 4）在D极增加24V TVS 5）在输出端口增加电阻等措施 6）去掉输出π型滤波电路上的并接反向二极管，如有可能，在输出放置防反接二极管。
高频开关电源详细介绍 高频开关电源因其体积小、效率高、性能卓越而已广泛应用于各行各业的各种领域。隨着高电压大功率开关器件的普及，驱动集成电路的完善，以IGBT 为开关器件的高频开关电源取代以相控元件SCR组成的低压大电流电镀电源已成为一种趋势，产品质量稳定可靠，高效节能，可以满足多种电镀、电解、氧化、镍网工艺的要求，可组成手动换向、自动周期换向、多机组合RS232-485控制以及与PC机接口，是替代调压器整流器、可控硅整流器的理想产品。 一、产品特点 ◆本厂研制的GKW 系列高频开关电源，主要元件选用进口元器件，进口专用IGBT集成厚膜驱动电路，其他关键部件如高频磁环，集成电路等均选用国际、国内名牌产品； ◆开机软起动； ◆恒压、恒流工作方式选择转换； ◆定时工作、二阶段套铬专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）； ◆三步仿金专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）； ◆远控控制配用PCSXMB-08CS通用控制器； ◆具有过流、短路、超温、缺相、过压、欠压保护功能； ◆操作简单，维护方便，体积小，效率高，比调压器调压或饱和电抗器调压式节能30% ，比可控硅调压式节能18 %，体积及重量只为同规格可控硅调压式的1/5左右； ◆GKW500系列系列高频开关电源采用主机面板操作；
◆GKW1000-12000系列高频开关电源，电压、电流采用远控控制器操作，指示灯显示工作状态，后面板设有远控端口，通过控制通讯电缆连接控制器，控制器可安装在槽边适当位置，方便在槽边进行电流、电压的调节； 控制接口：可根据用户要求在订货时注明； ◆485通讯控制，由电脑设定调整（一台电脑可控制60台电源）； ◆配置PLC接口(由PLC触摸屏控制）； ◆配置模拟接口（由远控控制器控制）； ◆整机外壳、结构件采用优质冷轧钢板制作，喷塑处理； 产品规格 ◆直流输出电压：4V、6V、8V、12V、18V、24V、36V、120V、200V； ◆直流输出电流：200A-30000A； ◆特殊规格可定制； 二、GKW500-30000A系列主要技术指标 ◆输入电源：380V三相三线制（500A设备380V三相四线制） ◆恒压、恒流输出精度：≤±1% ◆工作方式：恒频脉宽调节调压方式； ◆效率：≥90％； ◆纹波系数：≤1％； ◆开机软起动：0－3S； ◆过载保护镇定值：（即Iout=Ie×100％）。
·开关功率管MOS扫盲篇[转] 在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。 1，MOS管种类和结构 MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。 对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。 MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。 2，MOS管导通特性 导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。 NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。 PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。 3，MOS开关管损失 不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS 管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。 MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通
大功率可调开关电源的电路图原理 本文给出了一种新型大功率可调开关电源的设计方案。采用Buck型开关电源拓扑，以带单路PWM输出和电流电压反馈检测MC33060为控制IC,配以双路输出IR2110驱动芯片，设计了一种可调高电压大功率的开关电源，有效解决了普通开关电源在非隔离拓扑结构下输出电压和功率不能达到很高的限制，并带有过流保护等电路。文中以MC33060的应用为基础介绍了可调开关电源设计的方法，然后详细讲解了本系统的组成以及各个部分的作用，文章最后总结了该系统的特点。 1.引言 开关电源作为线性稳压电源的一种替代物出现，其应用与实现日益成熟。而集成化技术使电子设备向小型化、智能化方向发展，新型电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的噪声干扰，以便实现集成一体化。对中小功率开关电源来说是实现单片集成化，但在大功率应用领域，因其功率损耗过大，很难做成单片集成，不得不根据其拓扑结构在保证电源各项参数的同时尽量缩小系统体积。 2.典型开关电源设计 开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM,Pulse Width Modulation）控制IC（Integrated Circuit）和功率器件（功率MOSFET或IGBT）构成，且符合三个条件：开关（器件工作在开关非线性状态）、高频（器件工作在高频非接近上频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）。 2.1控制IC 以MC33060为例介绍控制IC。 MC33060是由安森美（ON Semi）半导体公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，采用固定频率的单端输出，能工作在-40℃至85℃。其内部结构如图1所示[1],主要特征如下：1）集成了全部的脉宽调制电路； 2）内置线性锯齿波振荡器，外置元件仅一个电阻一个电容； 3）内置误差放大器； 4）内置5V参考电压，1.5%的精度； 5）可调整死区控制； 6）内置晶体管提供200mA的驱动能力； 7）欠压锁定保护； 图1MC33060内部结构图 其工作原理简述：MC33060是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如（2-1）式：
功率晶体管（GTR）的特性 功率晶体管（GTR）具有控制方便、开关时间短、通态压降低、高频特性好、安全工作区宽等优点。但存在二次击穿问题和耐压难以提高的缺点，阻碍它的进一步发展。 —、结构特性 1、结构原理 功率晶体管是双极型大功率器件，又称巨型晶体管或电力勗体管，简称GTR。它从本质上讲仍是晶体管，因而工作原理与一般晶体管相同。但是，由于它主要用在电力电子技术领域，电流容量大，耐压水平高，而且大多工作在开关状态，因此其结构与特性又有许多独特之处。 对GTR的要求主要是有足够的容量、适当的增益、较高的速度和较低的功耗等。由于GTR电流大、功耗大，因此其工作状况出现了新特点、新问题。比如存在基区大注入效应、基区扩展效应和发射极电流集边效应等，使得电流增益下降、特征频率减小，导致局部过热等，为了削弱这种影响，必须在结构上采取适当的措施。目前常用的GTR器件有单管、达林顿管和模块三大系列。 三重扩散台面型NPN结构是单管GTR的典型结构，其结构和符号如图1所示。这种结构的优点是结面积较大，电流分布均匀，易于提高耐压和耗散热量；缺点是电流增益较低，一般约为10~20g。 图1、功率晶体管结构及符号 图2、达林顿GTR结构 (a)NPN-NPN型、(b)PNP-NPNxing 达林顿结构是提高电流增益的一种有效方式。达林顿GTR由两个或多个晶体管复合而成，可以是PNP或NPN型，如图2所示，其中V1为驱动管，可饱和，而V2为输出管，不会饱和。达林顿GTR的电流增益β大大提高，但饱和压降VCES也较高且关断速度较慢。不难推得 IC=ΒIB1.VCES= VCES1+VCES2（其中β≈β1β2） 目前作为大功率开关应用最多的是GTR模块。它是将单个或多个达林顿结构GTR及其辅助元件如稳定电阻、加速二极管及续流二极管等，做在一起构成模块，如图3所示。为便于改善器件的开关过程或并联使用，有些模块的中间基极有引线引出。GTR模块结构紧凑、功能强，因而性能价格比大大提高。
大功率高频开关电源的设计要点 摘要开关电源设计需要综合分析电力电子、电磁学、微电子技术、热力学等多门学科，具有较强的综合性。同时电源为电力设备正常运行的核心，尤其是现在资源需求与环保节能理念下，需要在原有基础上，对开关电源设计方法进行更为深入的研究。本文重点分析了大功率高频开关电源设计要点。 【关键词】大功率高频开关电源系统设计 开关电源即交互式电源，为高频化电能转换装置，可以利用不同形似架构，将一个准电压转换成用户端需要的电压或电流。大功率高频开关电源现在已经被广泛的应用到军工设备、LED照明、通讯设备、科研设备、电力设备等领域，具有功耗小、效率高的优点。在对其进行设计时，需要结合其运行原理，确定系统各环节设计要点，对各节点功能进行优化。 1 大功率高频开关电源 1.1 开关电源特点 电气设备容量持续增大，为满足实际应用需求，市场上逐渐出现更多的大功率高频开关电源，同时与传统开关电源相比，还可以有效降低对电网的影响，更符合节能环保发展
理念。另外，开关电源的高频化设计，可以进一步减小其体积大小，并可根据实际需求来灵活控制电容、电感容量，将生产成本控制到最低。因此，在对大功率高频开关电源进行设计时，需要充分发挥出其所具有的优点，便于更好的满足实际发展需求。 1.2 开关电源原理 基于线性开关，开关电源开关管工作处于开关状态，将基础降压电路作为例子进行分析，确定开关电源工作过程与所处状态。如图1所示，当开关处于闭合状态时，持续电压将会对电感LO两端产生作用，电感电流将呈直线上升趋势，可用公式表达：iL（on）=（Vin-V out）ton/L。当开关处于开通状态时，电能将被存储在电感中，来满足关断时间内对负载的输出需求，其中存储能量可用公式表示：Estored=1/2Lo （I2pk-I2min）。开关断开后，电感Lo输入端电压会降为零，电感上能量需要通过续流二极管D维持负载，整个区间内电感电流可以用公式描述：iL（off）=（V out-VD）toff/L。通过伏秒平衡来表示输出电压与输入电压关系：V out=D?Vin，其中D表示开关占空比，取值ton/T。在开关电源再次开通后，结束整个运行过程。 2 大功率高频开关电源设计要点 2.1 拓扑结构选择 开关电源功率拓扑主要负责DC/DC高频逆变的实现，
功率开关管功耗的计算 1) 开关管导通时的功耗测试 开通时间Ton(uS) 4.955 (时间测量以电压波形为基准) 开通时电流的最小值Ion-min(A) 0.222 开通时电流的最大值Ion-max(A) 0.644 规格书上的导通电阻Ron-resistance(homn) 3 2) 开关管由开通到关断的功耗测试 由开通到关断的时间Toff-rise(nS) 100 (测量电压波形的上升时间,单位ns) 由开通到关断电压的最大值V off-max(V) 288 由开通到关断电流的最大值Ioff-max(A) 0.637 3) 开关管由关断到导通时的功耗测试 由关断到导通的时间Ton-fall(nS) 47 (测量电压波形的下降时间,单位ns) 由关断到导通电压的最大值V on-max(V) 198 由关断到导通电流的最大值Ion-max(A) 0.491 4) 周期时间的测量 开关周期时间Tperiod(uS) 11.6762 开关管的开关损耗Pswitch(W) 0.327087666 开关管的导通损耗Pon-resistance(W) 0.477385448
开关管的总功耗Ploss(W) 0.804473114 5) 温度降额的计算 结点到表面的热阻Rjc(℃/W) 10 开关管的最高工作温度Tmax-spec(℃) 150 高温测得的开关管表面温度Tmax(℃) 81.8 89.8 开关管的实际温度降额(％) 59.9 计算公式: Ploss=Pswitch+Pon-resistance Pswitch=(1/6*V off-max*Ioff-max*Toff-rise+1/6*V on-max*Ion-max*Ton-fall)/Tperiod Pon-resistance=(0.5*(Ion-min+Ion-max))^2*Ton/Tperiod 降额(％)=(Tmax+Rjc*Ploss)/Tmax-spec*100％ 3842电路的保护---个人经验（原创） 3842电路的保护 用UC3842做的开关电源的典型电路见图1。过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R4），把电流信号送到3842的第3脚来实现保护。当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压Vaux也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，
2、当做分项工程施工技术交底时，应填写“分项工程名称”栏，其他技术交底可不填写。
2、当做分项工程施工技术交底时，应填写“分项工程名称”栏，其他技术交底可不填写。
表C2-1 工程名称交底日期年月日 施工单位分项工程名称开关、插座安装工程 交底提要开关、插座安装的相关材料、机具准备、质量要求及施工工艺。 交底内容： ③交、直流或不同电压的插座安装在同一场所时，应有明显的区别，且其插头与插座配套，均不能互相代用。 3、接线：先将盒内甩出的导线留出维修长度（15～20cm）削去绝缘层，注意不要碰伤线芯，如开关、插座内为接线柱，将导线按顺时针方向盘绕在开关、插座对应的接线柱上，然后旋紧压头。如开关、插座内为插接端子，将线芯折回头插入圆孔接线端子内（孔经允许压双线时），再用顶丝将其压紧，注意线芯不得外露。 4、接线时应特别注意：为了保证安全和使用功能，在配电回路中的各种导线连接，均不得在开关、插座的端子处以套接压线方式连接其它支路。 （三）开关、插座安装 1、开关安装规定 ①安装在同一建筑物、构筑物内的开关，宜采用同一系列的产品；开关的位置应与灯位相对应；同一单位工程其跷板开关的开、关方向应一致，且操作灵活，接触可靠。 ②开关安装的位置应便于操作，开关边缘距门框的距离为0.15～0.2m；若设计无特殊要求，扳把开关下底距地面高度为1.4米；拉线开关距地面高度为2～3米，且拉线出口应垂直向下。 ③并列安装的拉线开关的相邻间距不应小于20mm。 ④相线应经开关控制；民用住宅严禁装设床头开关。 ⑤为了安全和使用方便，任何场所的窗、镜箱、吊柜上方及管道背后、单扇门后均不应装有控制灯具的开关。 ⑥多尘潮湿场所和户外应选用防水瓷质拉线开关或加装保护箱；在易燃、易爆和特别潮湿的场所，开关应分别采用防爆型、密闭型或安装在其它处所控制。 2、插座安装规定 ①插座的安装高度应符合设计的规定，当设计无规定时，应符合下列要求：暗装和工业用插座距地面不应低于0.3米，特殊场所暗装插座不应小于0.15米；在住宅儿童活动场所应采用安全插座。采用普通插座时，其安装高度不应低于1.8米。 ②当插座上方有暖气管时，其间距应大于0.2m，下方有暖气管时，其间距应大于0.3m，不符时应移位或采取技术处理。 审核人交底人接受交底人 2、当做分项工程施工技术交底时，应填写“分项工程名称”栏，其他技术交底可不填写。