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文档简介
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。2/3/2023MOS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。2/3/2023MOS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。2/3/2023MOS管的符号NMOS/PMOS的符号为:2/3/2023MOS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。2/3/2023MOS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.PDF2/3/2023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。2/3/2023MOS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)。2/3/2023TL431内部结构图其内部电路图为:2/3/2023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。2/3/2023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。2/3/2023TL431工作原理TL431的基本电路如下图2/3/2023TL431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.PDF2/3/2023TL431在开关电源中的作用1如图2/3/2023TL431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。2/3/2023PC817光耦应用框图2/3/2023PC817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;2/3/2023滤波电感共模电感:L=1/((2×3.14×f)2×C)
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