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什么是高频开关电源 高频开关电源的解释

  1、高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)是通过MOSFET或IGBT的高频工作的电源,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。

  2、最重要的包含输入滤波器、整流与滤波、逆变和输出整流与滤波。高频的工作状态下,变压器的电磁转换速度快,储存的能量就可以大幅度降低。减小变压器中的损耗,提高效率。

  MOSFET应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机、通信电源等等高频电源领域;IGBT集中应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热等领域。

  场效应管主要有两种类型,分别是结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)。

  MOS管即MOSFET,中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管,由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离,所以又叫绝缘栅场效应管。

  有的MOSFET内部会有个二极管,这是体二极管,或者叫寄生二极管、续流二极管。

  关于寄生二极管的作用,有两种解释:1、MOSFET的寄生二极管,作用是防止VDD过压的情况下,烧坏MOS管,因为在过压对MOS管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免MOS管被烧坏。

  2、防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。

  MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、耐热性好、电压控制电流等特性,在电路中,可以用作放大器、电子开关等用途。

  IGBT作为新型电子半导体器件,具有输入阻抗高,电压控制功耗低,控制电路简单,耐高压,承受电流大等特性,在各种电子电路中获得极广泛的应用。

  IGBT的电路符号至今并未统一,画原理图时一般是借用三极管、MOS管的符号,这时可以从原理图上标注的型号来判断是IGBT还是MOS管。

  同时还需要注意IGBT有没有体二极管,图上没有标出并不表示一定没有,除非官方资料有特别说明,否则这个二极管都是存在的。

  IGBT内部的体二极管并非寄生的,而是为保护IGBT脆弱的反向耐压而特别设置的,又称为FWD(续流二极管)。

  判断IGBT内部是否有体二极管也并不困难,可以用万用表测量IGBT的C极和E极,如果IGBT是好的,C、E两极测得电阻值无穷大,则说明IGBT没有体二极管。

  IGBT很适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

  IGBT的理想等效电路如下图所示,IGBT实际就是MOSFET和晶体管三极管的组合,MOSFET存在导通电阻高的缺点,但IGBT克服了这一缺点,在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻。

  另外,相似功率容量的IGBT和MOSFET,IGBT的速度可能会慢于MOSFET,因为IGBT存在关断拖尾时间,由于IGBT关断拖尾时间长,死区时间也要加长,从而会影响开关频率。

  在电路中,选用MOS管作为功率开关管还是选IGBT管,这是工程师常遇到的问题,如果从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑,可以总结出以下几点:

  也可从下图看出两者使用的条件,阴影部分区域表示MOSFET和IGBT都能选用,“?”表示当前工艺还无法达到的水平。

  总的来说,MOSFET优点是高频特性好,可以工作频率能达到几百kHz、上MHz,缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大;而IGBT在低频及较大功率场合下表现卓越,其导通电阻小,耐压高。

  要使增强型N沟道MOSFET工作,要在G、S之间加正 电压VGS及在D、S之间加正电压VDS,则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。

  若先不接VGS(即VGS=0),在D与S极之间加一正电压VDS,漏极D与衬底之间的PN结处于反向,因此漏源之间不能导电。如果在栅极G与源极S之间加一电压VGS。此时可以将栅极与衬底看作 电容器的两个极板,而 氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时,在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷,而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷。这层感应的负电荷和P型衬底中的多数载流子( 空穴)的极性相反,所以称为“反型层”,这反型层有可能将漏与源的两N型区连接起来形成导电沟道。当VGS电压太低时,感应出来的负电荷较少,它将被P型衬底中的空穴中和,因此在这样的一种情况时,漏源之间仍然无电流ID。当VGS增加到一定值时,其感应的负电荷把两个分离的N区沟通形成N沟道,这个临界电压叫做开启电压(或称阈值电压、门限电压),用符号VT表示(一般规定在ID=10uA时的VGS作为VT)。当VGS继续增大,负电荷增加,导电沟道扩大,电阻降低,ID也随之增加,并且呈较好线所示。此 曲线称为转换特性。因此在一些范围内可以认为,改变VGS来控制漏源之间的电阻,达到控制ID的作用。 由于这种结构在VGS=0时,ID=0,称这种MOSFET为增强型。另一类MOSFET,在VGS=0时也有一定的ID(称为IDSS),这种MOSFET称为耗尽型。它的结构如图4所示,它的转移特性如图5所示。VP为夹断电压(ID=0)。

  耗尽型与增强型主要区别是在制造SiO2绝缘层中有大量的正离子,使在P型 衬底的界面上感应出较多的负电荷,即在两个N型区中间的P型硅内形成一N型硅薄层而形成一导电沟道,所以在VGS=0时,有VDS作用时也有一定的ID(IDSS);当VGS有电压时(可以是正电压或负电压),改变感应的负电荷数量,从而改变ID的大小。VP为ID=0时的-VGS,称为夹断电压。

  全控型器件哪种更适合应用在高频小功率场合,全控型电力电子器件的典型代表:门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管,门极可关断晶闸管 。

  全控型电力电子器件的典型代表:门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。