开关功率MOS管课件

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。1/16/2023MOS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。1/16/2023MOS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。1/16/2023MOS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。1/16/2023MOS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，Ω；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.PDF1/16/2023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。1/16/2023TL431内部结构图其内部电路图为：1/16/2023稳压管TL431TL431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0.2Ω，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。1/16/2023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。1/16/2023TL431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.PDF1/16/2023TL431在开关电源中的作用1如图1/16/2023TL431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。1/16/2023PC817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=η×IF

这里的，η：耦合系数（传输率），一般厂家会给出；1/16/2023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24050/601/16/2023滤波电感共模电感：L=1/（（2×3.14×f）2×C）差模