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山特UPS電源-廠家指定總代理 山特UPS電源報價 山特UPS電源廠家 山特UPS電源總代理價 北京金業(yè)順達科技有限公司 聯(lián)系人：劉昊【經(jīng)理】 聯(lián)系電話：13691101597 13791132789 公司電話：010-89781582 咨詢QQ：756607932 1高頻開關(guān)電源的組成與分類 開關(guān)電源具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點,在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用.但由于開關(guān)電源的控制電路比較復(fù)雜、輸出紋波電壓較高,所以開關(guān)電源的應(yīng)用也受到一定的限制. 電子裝置小型輕量化的關(guān)鍵是供電電源的小型化,因此需要盡可能地降低電源電路中的損耗.開關(guān)電源中的調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài),必然存在開關(guān)損耗,而且損耗的大小隨開關(guān)頻率的提高而增加.另一方面,開關(guān)電源中的變壓器、電抗器等磁性元件及電容元件的損耗,也隨頻率的提高而增加. 目前市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管,開關(guān)頻率可達幾十kHz;采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達幾百kHz.為提高開關(guān)頻率必須采用高速開關(guān)器件.對于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路,這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式.它可以極大地提高開關(guān)速度,原理上開關(guān)損耗為零,噪聲也很小,這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式.采用諧振開關(guān)方式的兆赫級變換器已經(jīng)實用化. 開關(guān)電源的集成化與小型化已成為現(xiàn)實.然而,把功率開關(guān)管與控制電路都集成在同一芯片上,必須解決電隔離和熱絕緣的問題. 1.1開關(guān)電源的基本構(gòu)成 開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件,通過周期性間斷工作,控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓.開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1所示,其中DC/DC變換器進行功率轉(zhuǎn)換,它是開關(guān)電源的核心部分,此外還有起動、過流與過壓保護、噪聲濾波等電路.輸出采樣電路(R1、R2)檢測輸出電壓變化,與基準電壓Ur比較,誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制(PWM)電路,再經(jīng)過驅(qū)動電路控制功率器件的占空比,從而達到調(diào)整輸出電壓大小的目的.圖2是一種電路實現(xiàn)形式. DC/DC變換器有多種電路形式,常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振型變換器. 對于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源,輸出對輸入的瞬態(tài)響應(yīng)特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定.但對于開關(guān)型穩(wěn)壓電源,輸入的瞬態(tài)變化比較多地表現(xiàn)在輸出端.提高開關(guān)頻率的同時,由于反饋放大器的頻率特性得到改善,開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問題也能得到改善.負載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器特性決定,所以可以利用提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性. 1.2開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)有多種: (1)按驅(qū)動方式分,有自勵式和他勵式. (2)按DC/DC變換器的工作方式分:①單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式等;②降壓型、升壓型和升降壓型等. (3)按電路組成分,有諧振型和非諧振型. (4)按控制方式分:①脈沖寬度調(diào)制(PWM)式;②脈沖頻率調(diào)制(PFM)式;③PWM與PFM混合式. (5)按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分,有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等. 以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的開關(guān)型穩(wěn)壓電源.因此設(shè)計者需根據(jù)各種方式的特征進行有效地組合,制作出滿足需要的高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源. 2開關(guān)電源常用的電路類型 2.1PWM變換器 脈沖寬度調(diào)制(PWM)變換器就是通過重復(fù)通/斷開關(guān)工作方式把一種直流電壓(電流)變換為高頻方波電壓(電流),再經(jīng)過整流平波后變?yōu)榱硪环N直流電壓輸出.PWM變換器有功率開關(guān)管、整流二極管及濾波電路等元器件組成.輸入輸出間需要進行電氣隔離時,可采用變壓器進行隔離和升降壓.PWM變換器的工作原理如圖3所示.由于開關(guān)工作頻率的提高,濾波電感L,變壓器T等磁性元件以及濾波電容C等都可以小型化. 對于PWM變換器,加在開關(guān)管S兩端的電壓us及通過S的電流is的波形近似為方波,如圖4所示.占空比D定義為 式中:Ts——開關(guān)工作周期; ton——一個開關(guān)周期內(nèi)導(dǎo)通時間; toff——一個開關(guān)周期內(nèi)斷開時間; 對于這種變換器,有兩種工作方式.一種是保持開關(guān)工作周期Ts不變,控制開關(guān)導(dǎo)通時間ton的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式,另一種是保持導(dǎo)通時間ton不變,改變開關(guān)工作周期Ts的脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式. 2.2隔離型變換器 DC/DC變換器用于開關(guān)電源時,很多情況下要求輸入與輸出間進行電隔離.這時必須采用變壓器進行隔離,稱為隔離變換器.這類變換器把直流電壓或電流變換為高頻方波電壓或電流,經(jīng)變壓器升壓或降壓后,再經(jīng)整流平滑濾波變?yōu)橹绷麟妷夯螂娏?因此,這類變換器又稱為逆變整流型變換器. (1)推挽型變換器與半橋型變換器 推挽型變換器與半橋型變換器是典型的逆變整流型變換器,電路結(jié)構(gòu)和工作波形如圖5所示.加在變壓器一次繞阻上的電壓幅度為輸入電壓UI,寬度為開關(guān)導(dǎo)通時間ton的脈沖波形,變壓器二次電壓經(jīng)二極管V1、V2全波整流為直流.圖5(a)表示推挽型變換器的電路結(jié)構(gòu)和工作波形,圖5(b)表示半橋型變換器的電路結(jié)構(gòu)和工作波形.如只從輸出側(cè)濾波器來看,工作原理和降壓型變換器完全相同,二次側(cè)濾波電感用于存儲能量.如以圖中所示的占空比來表示時,電壓變換比m與降壓型變換器相類似,即 m=D/n 式中n——變壓器的匝數(shù)比,n=N1/N2; N1——為一次繞組的匝數(shù); N2——為二次繞組的匝數(shù). (a)推挽型 (b)半橋型 圖5推挽型與半橋型變換電路 (2)正激型變換器 正激型變換器電路如圖6所示,它是采用變壓器耦合的降壓型變換器電路.與推挽型變換器一樣,加在變壓器一次側(cè)(一半)上的電壓振幅為輸入電壓UI,寬度為開關(guān)導(dǎo)通時間ton的脈沖波形,變壓器二次電壓經(jīng)二極管全波整流變?yōu)橹绷?電壓變換比為 m=D/n 對于這種變換器,開關(guān)導(dǎo)通時變壓器存儲能量,一次繞組中的勵磁電流達到: 式中:IM1為繞組N1的勵磁電感. 圖6正激型變換電路 開關(guān)斷開時,變壓器釋放能量,二極管V3和繞組N3就是為此而設(shè),能量通過它們反饋到輸入側(cè).開關(guān)一斷開,繞組N1中存儲的能量轉(zhuǎn)移到繞組N3中,繞組N3的勵磁電流為 式中:N1、N2、N3為繞組N1、N2和N3的匝數(shù). 反饋二極管V3為導(dǎo)通狀態(tài)時,變壓器去磁.繞組N3的勵磁電感LM3與繞組N1電感LM1的關(guān)系為 LM3釋放能量所需要的時間可由下式求出: 為防止變壓器飽和,在開關(guān)斷開期間內(nèi)變壓器必須全部消磁,則tre≤(1-D)Ts. (3)隔離型CuK變換器 隔離型CuK變換器電路如圖7所示.開關(guān)斷開時,電感L1的電流IL1對電容C11充電,充電電荷量為 ΔQoff=IL1?toff 圖7隔離型Cuk變換電路 同時C12也充電(二極管V導(dǎo)通),開關(guān)S導(dǎo)通時,二極管V變?yōu)榻刂範顟B(tài),C12通過L2向負載放電,放電電荷為 這時C11也處于放電狀態(tài).穩(wěn)定狀態(tài)時,電容C11充放電電荷量相等,則電壓變換比為 式中:n為變壓器匝數(shù)比,n=N1/N2 (4)電流變換器 電流變換器電路如圖8所示,它是逆變整流型變換器.圖8(a)是能量回饋方式,開關(guān)S導(dǎo)通時[S1、S2導(dǎo)通時刻見圖8(a)],電感器L的一次側(cè)電壓為UI-nTUO(nT=N1/N2),電感L勵磁并儲存能量;S斷開時,儲存在電感L中的能量通過二極管V3反饋到輸入側(cè).若采用圖示的占空比,則電壓變換比為: 式中:nL為反饋繞組的匝數(shù)比,nL=N3/N4 對于圖8(b)所示的變換器,兩只開關(guān)同時導(dǎo)通時,加在電感L上的電壓為UI,電感L勵磁并儲存能量.任意一只開關(guān)斷開時,反向電壓(nTUO-UI)加到電感L上,電感L釋放能量.其工作原理與升壓型變換器類似,電壓變換比為 (5)全橋型變換器 (a)能量回饋式(b)升壓式 圖8電流變換電路 全橋型變換器如圖9如示,S1、S3及S2、S4是兩對開關(guān),重復(fù)交互通斷.但兩對開關(guān)導(dǎo)通有時間差.所以變壓器一次側(cè)加的電壓UAB為脈沖寬度等于其時間差的方形波電壓.變壓器二次側(cè)的二極管將此電壓整流變?yōu)榉讲?UF),再經(jīng)濾波器變?yōu)槠交绷麟姽┙o負載. 圖9全橋型變換電路 電壓變換比為m=D/n 2.3準諧振型變換器 在PWM電路中接入電感和電容的諧振電路,流經(jīng)開關(guān)的電流以及加在開關(guān)兩端的電壓波形為準正弦波,這種電路被稱為準諧振型變換器.圖10表示出電流諧振開關(guān)和電壓諧振開關(guān)的基本電路以及工作波形. 圖10(a)是電流諧振開關(guān),諧振用電感Lr和開關(guān)S串聯(lián),流經(jīng)開關(guān)的電流為正弦波的一部分.當開關(guān)導(dǎo)通時,電流is從0以正弦波形狀上升,上升到電流峰值后,又以正弦波形狀減小到零,電流變?yōu)榱阒?開關(guān)斷開,見圖(a)波形.開關(guān)再次導(dǎo)通時,重復(fù)以上過程.由此可見,開關(guān)在零電流時通斷,這樣動作的開關(guān)叫做零電流開關(guān)(Zero-CurrentSwitch),簡稱為ZCS.在零電流開關(guān)中,開關(guān)通斷時與電壓重疊的電流非常小,從而可以降低開關(guān)損耗.采用電流諧振開關(guān)時,寄生電感可作為諧振電路元件的一部分,這樣可以降低開關(guān)斷開時產(chǎn)生的浪涌電壓. (a)電流諧振式(b)電壓諧振型 圖10準諧振開關(guān)電路 圖10(b)所示電路為電壓諧振開關(guān),諧振電容Cr與開關(guān)并聯(lián),加在開關(guān)兩端的電壓波形為正弦波的一部分.開關(guān)斷開時,開關(guān)兩端電壓從0以正弦波形狀上升,上升到峰值后又以正弦波形狀下降為零.電壓變?yōu)榱阒?開關(guān)導(dǎo)通,見圖(b)波形.開關(guān)再斷開時,重復(fù)以上過程.可見開關(guān)在零電壓處通斷,這樣動作的開關(guān)叫做零電壓開關(guān)(Zero-VoltageSwitch),簡稱ZVS.在零電壓開關(guān)中,開關(guān)通斷時與電流重疊的電壓非常小,從而可以降低開關(guān)損耗.這種開關(guān)中寄生電感與電容作為諧振元件的一部分,可以消除開關(guān)導(dǎo)通時的電流浪涌與斷開時的電壓浪涌. 電流諧振開關(guān)中開關(guān)導(dǎo)通時電流脈沖寬度ton由諧振電路決定,為了進行脈沖控制,需要保持導(dǎo)通時間不變,改變開關(guān)的斷開時間.對于電壓諧振開關(guān),開關(guān)斷開時的電壓脈沖寬度toff由諧振電路決定,為了進行脈沖控制,需要保持開關(guān)的斷開時間不變,改變開關(guān)的導(dǎo)通時間.在以上兩種情況下,改變開關(guān)工作周期,則諧振變換器就由改變開關(guān)工作頻率進行控制. 在圖10所示電路中,開關(guān)電壓或電流的波形為半波,但也可以為全波,因此諧波開關(guān)又可分為半波諧振開關(guān)和全波諧振開關(guān)兩種. 3功率電路主要元器件的選擇與保護 目前,在高頻開關(guān)電源中應(yīng)用廣泛的功率半導(dǎo)體器件有兩類:雙極型功率晶體管和功率金屬氧化物場效應(yīng)管. 3.1功率晶體管的選擇 選擇晶體管時,必須注意兩個基本參數(shù):第一個參數(shù)是晶體管截止時的耐壓值,第二個參數(shù)是晶體管在導(dǎo)通時能承受的電流值.這兩個參數(shù)的選擇是由開關(guān)電源的類型決定的. (1)單端反激式變換器中開關(guān)晶體管的選擇 對圖11所示的單端反激式變換器,晶體管的集電極與發(fā)射極之間大耐壓值 式中:UI——加到晶體管集電極的直流電壓; Dmax——大工作占空比. 為了限制晶體管的集電極電壓,工作占空比值應(yīng)取低一些,一般應(yīng)低于50%,即Dmax (a)原理圖(b)波形圖 圖11隔離單端反激式變換器電路 晶體管飽和時的集電極電流可按下式計算 Ic=I/n 式中:I——變壓器二次繞組的峰值電流; n——變壓器一、二次繞組匝數(shù)比. Ic也可以用輸出功率Po來表示.假定變換器的效率為0.8,大占空間比Dmax為0.4,則 Ic=6.2Po/UI (2)推挽式變換器電路中開關(guān)晶體管的選擇 對圖12所示推挽式變換器電路,它實際上是由兩個單端正激變換器電路構(gòu)成.所以,在開關(guān)晶體管截止時,每只開關(guān)管上承受的電壓限制在2UI以內(nèi),利用輸出功率、效率、大占空比,可推導(dǎo)出晶體管集電極工作電流的表達式如下: 假定變換器的η=0.8,Dmax=0.8,則集電極工作電流為 (a)原理圖(b)波形圖 圖12推挽式變換器電路 (3)半橋式變換器電路開關(guān)晶體管的選擇 圖13所示半橋式變換器中,變壓器的一次側(cè)在整個周期中都流過電流,磁心得到充分利用,對功率開關(guān)管的耐壓要求較低,決不會超過線路峰值電壓.與推挽式電路相比,若輸出相同的功率,則開關(guān)晶體管必須流過2倍的電流. 在半橋式變換器電路中,因為變壓器的電壓已減少到UI/2,為了獲得相同的功率,晶體管的工作電流將加倍.假定變換器的效率η=0.8,大占空比Dmax=0.8,則晶體管的工作電流為: 半橋式變換器的另一個優(yōu)點是:它可以自動校正變壓器磁心偏磁,避免變壓器磁心飽和. 圖13半橋式變換器電路 在設(shè)計開關(guān)電源時,還應(yīng)考慮的是使用雙極型晶體管還是MOSFET管,這兩種晶體管各有優(yōu)缺點.二者相比較,雙極型晶體管價格較低,而MOSFET管由于驅(qū)動電路簡單,所以整個電路設(shè)計也比較簡單. 雙極型晶體管有一個缺點,就是工作截止頻率較低,一般在幾十kHz左右,而MOSFET管的開關(guān)工作頻率可達幾百kHz.開關(guān)電源工作頻率高就意味著設(shè)計出來的開關(guān)電源體積較小.提高開關(guān)電源的工作頻率,這是當前開關(guān)電源設(shè)計的一個趨勢. 3.2功率晶體管的保護 功率晶體管的保護有抗飽和、二次擊穿等問題,這里重點介紹二次擊穿的防止及RC吸收回路元件參數(shù)的選擇方法. (1)正偏壓的二次擊穿 要設(shè)計出一個工作穩(wěn)定、可靠的開關(guān)電源,必須避免開關(guān)晶體管出現(xiàn)正向偏置狀態(tài)下的二次擊穿現(xiàn)象. 圖14表示晶體管集電極電流Ic與Uce間的關(guān)系圖,曲線的軌跡代表的是晶體管可以工作的大限度范圍.在晶體管導(dǎo)通期間,落入安全區(qū)正向偏置的負載曲線認為是安全的,工作時不能超過廠家所提供的器件熱限度和安全工作區(qū). 圖14雙極型晶體管安全工作區(qū) 正向偏置的二次擊穿現(xiàn)象是由若干個發(fā)熱點引起的.這些發(fā)熱點是由于晶體管在高壓下電流的不均衡而造成的.它們分布在功率晶體管工作面上的許多地方,由于晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)間是負溫度系數(shù),這些發(fā)熱點就增加了局部電流流動,電流越大,則產(chǎn)生功率越大,進而使得某一發(fā)熱點的溫度更高.由于集電極對發(fā)射極的擊穿電壓也是負溫度系數(shù),所以與上述結(jié)果相同.由此可見,如果加在晶體管上的電壓不消失,電流就不會終止,集電極-發(fā)射極結(jié)就會被擊穿,而晶體管會由于無法抗拒高溫而損壞. 有一種防止正向偏壓二次擊穿的新方法:在制造晶體管時增加了發(fā)射極平衡技術(shù),使用這種技術(shù)制造的晶體管可以工作在它本身允許的大功率和大集電極電壓的條件下,而不必擔心會產(chǎn)生二次擊穿.應(yīng)用這種技術(shù)的器件如圖15所示. 具體實現(xiàn)方法是在功率開關(guān)晶體管的基極再串接一個結(jié)型場效應(yīng)管,場效應(yīng)管起著基極平衡電阻的作用,其阻值隨集電極對基極電壓的變化而變化.當集電極電壓變化時,能夠維持恒定的功耗. 圖15 防止二次擊穿的措施 (2)反偏壓的二次擊穿 當晶體管用作開關(guān)器件使用時,存儲時間和開關(guān)損耗是兩個重要的參數(shù).如果不能有效地減少存儲時間,變壓器就會產(chǎn)生飽和,而且開關(guān)電源的調(diào)整范圍就會受到限制. 同時,對開關(guān)損耗必須進行控制,因為它影響著整個電源系統(tǒng)的工作效率. 實際應(yīng)用中,晶體管的反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)很有實用意義,如圖16所示. 圖16反向偏置時安全工作區(qū) RBSOA曲線表示,對于Uce低于Uceo的情況,只受晶體管集電極電流Ic的限制.對Uce高于Uceo情況,集電極電流必須隨所加的方向偏置電壓的增加而減少. 很明顯,反向偏置電壓Ueb是非常重要的,它對RBSOA的影響非常大.在開關(guān)晶體管加反向偏壓時,因為關(guān)斷時間會減少,應(yīng)避免基極-發(fā)射極結(jié)的雪崩現(xiàn)象發(fā)生.設(shè)計時可采用有箝位二極管的RC吸收回路以避免雪崩現(xiàn)象的發(fā)生. (3)開關(guān)晶體管的RC吸收回路 由上面的討論可見,開關(guān)晶體管工作在截止狀態(tài)的瞬間,為了把存儲時間減少到低限度,一般采用加大反向基極電流的辦法.但是如果Ib過大,會造成發(fā)射結(jié)的雪崩,而損壞晶體管.為了防止這種情況的發(fā)生,可采用RC吸收回路,RC吸收回路并聯(lián)在開關(guān)晶體管的集電極-發(fā)射極之間,在功率開關(guān)晶體管截止時給開關(guān)晶體管集電極電流分流,見圖17. 當晶體管V1截止時,電容C通過二極管V2被充電到工作電源電壓E+,當晶體管V1導(dǎo)通時,電容C經(jīng)過電阻R放電.實際上,吸收回路消耗了一定量的功率,減輕了開關(guān)管的負擔.如果沒有吸收回路,這一部分功率必須由開關(guān)管承擔. 圖17晶體管截止電流吸收網(wǎng)絡(luò) 在實際設(shè)計電路時,可用下面的公式進行估算.在晶體管截止時,其能量可用下式表示: 式中:Ic——大集電極電流(A) Uce——大集電極-發(fā)射極電壓(V) tr——集電極電壓大上升時間(s) tf——集電極電流大下降時間(s) 由電容的定義可求出 由圖17可知,電容C上的電壓可以寫成下式: 式中:ton是晶體管導(dǎo)通時間(這時C經(jīng)過R放電) 選取RC回路的值要保證以下兩條:一是在開關(guān)晶體管截止期間內(nèi)(toff)必須能使電容C充電到接近Uce電壓,二是在晶體管導(dǎo)通期間(ton),必須使電容C上的電荷經(jīng)電阻R放完,所以應(yīng)使表達式的值接近于1. 當ton=3RC時,e-3=0.05,即可以認為經(jīng)過3RC的延遲,電容C已基本上把電荷放完,這樣R的取值可由下式?jīng)Q定: R=ton/3C 同時還應(yīng)檢驗在晶體管導(dǎo)通時,電容C通過開關(guān)管放電的電流Idis,應(yīng)把它限制在0.25Ic以下,可用下式計算: Idis=Uce/R [例]在一半橋變換器中使用開關(guān)晶體管,Uce=200V,tf=2μs,tr=0.5μs,變換器的工作頻率f=20kHz,開關(guān)晶體管的集電極工作電流Ic=2A,試計算RC吸收回路的R、C值. 解 取C=22nF,假定ton是總周期1/f的40%,則 由R=ton/3C有 取R=300Ω,再核對放電電流 這個值大于Ic(2A)的25%,需再計算R的值 取R=430Ω. 3.3MOSFET的選擇和保護 功率場效應(yīng)管(PowerMOSFET)是近些年發(fā)展起來的半導(dǎo)體器件,在高頻開關(guān)電源中得到了廣泛的應(yīng)用. 它具有幾個明顯的優(yōu)點:工作頻率高達200kHz以上,從而可進一步減小開關(guān)電源的體積和重量;同時它還具有工作速度快、功率大、耐壓高、增益高,幾乎不存在存儲時間,沒有熱擊穿等優(yōu)點. MOSFET是電壓型控制器件.為了在漏極D得到一個較大的電流,必須在MOSFET的柵極和源極S之間加一個控制電壓. 為了驅(qū)動MOSFET導(dǎo)通,需要在柵極和源極間加入電壓脈沖.為了提高MOSFET管的開關(guān)速度,驅(qū)動電壓源的阻抗Rg必須非常低. 當MOSFET管關(guān)閉時,在漏極和源極之間就會出現(xiàn)很高的阻抗,從而抑制了電流的流動. 當功率MOSFET用作開關(guān)器件時,漏源極間電壓降與漏極電流成正比.也就是說,功率MOSFET工作在恒定電阻區(qū),因此它實際上象電阻一樣起作用.所以功率MOSFET漏源極間的導(dǎo)通電阻Rdson就成為一個十分重要的參數(shù),它與雙極型三極管的集電極-發(fā)射極間飽和壓降的重要性一樣.當Ugs達到門限電壓時(一般是2~4V),漏極電流Id開始流動.當Ugs超過門限電壓之后,漏極電流和柵極電壓的比值呈線性增長,這樣漏極電流對柵極電壓的變化率(稱為跨導(dǎo)gfs)在漏極電流較大時,實際上是個常數(shù). MOSFET可以提供非常穩(wěn)定的安全工作區(qū)(SOA),因為在正向偏置時,它不受二次擊穿的影響,因此,無論施加直流還是脈沖電壓,它的SOA曲線比雙極型晶體管要好.用功率MOSFET作開關(guān)器件使用時,在額定電壓下驅(qū)動額定電流,不用吸收回路是可能的.當然,在實際設(shè)計電路時,還應(yīng)適當降低額定值,圖18表示典型MOSFET的SOA曲線,為了與雙極型晶體管比較,把它們重疊畫在一起. 為了充分發(fā)揮MOSFET的優(yōu)點,在設(shè)計MOSFET電路時應(yīng)注意以下幾點,以防在高頻工作時產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象. (1)盡量減短與MOSFET各管腳接線的導(dǎo)線長度,特別是柵極引線長度,如果實在無法減短,可以用小磁環(huán)或1個小電阻R1與MOSFET管柵極串聯(lián),如圖19所示.使用這兩個元件應(yīng)盡量靠近管子的柵極,以消除寄生振蕩. (2)由于MOSFET具有極高的輸入阻抗,為了避免電路正反饋引起的振蕩,驅(qū)動源的阻抗必須很低.當MOSFET的直流輸入阻抗很高時,它的動態(tài)阻抗(交流輸入阻抗)會隨著工作頻率的變化而變化. 由于MOSFET的柵極和源極之間的硅氧化層比較容易被擊穿,如果兩極間所加的電壓超過了廠家給定的參數(shù)值,就會使管子造成永久性損壞.實際上,柵極電壓的大值一般是20~30V,即使所加的柵極電壓低于大允許值,也要對電路采取措施,確保避免由于雜散電容引進的尖峰脈沖把MOSFET的氧化層損壞. 圖18 SOA比較圖 圖19 用鐵氧體磁環(huán)消除寄生振蕩 為了使MOSFET管更安全有效地工作,一般情況下需要在MOSFET的源漏極間加RC吸收回路.因為RC吸收回路消耗了多余的關(guān)斷MOSFET的能量,否則這部分能量要由MOSFET開關(guān)管來消耗,其工作原理與雙極型晶體管RC吸收回路相同。 山特UPS電源報價-UPS電源總代理 一.開關(guān)電源的工作原理 開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)元件以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)無件接通時輸入電源Vi通過開關(guān)S和濾波電路向負載RL提供能量，當開關(guān)S斷開時，電路中的儲能裝置(L1、C2、二極管D組成的電路)向負載RL釋放在開關(guān)接通時所儲存的能量，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。 開關(guān)電源原理圖 VO=TON/T*ViVO 為負載兩端的電壓平均值TON 為開關(guān)每次接通的時間T 為開關(guān)通斷的工作周期由式可知，改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”(TimeRationControl,縮寫為TRC)。按TRC控制原理，有三種方式： 1. 脈沖寬度調(diào)制(PulseWithModulation,縮寫為PWM)開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。 2. 脈沖頻率調(diào)制(PulseFrequencyModulation,縮寫為PFM)導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。 3. 混合調(diào)制導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。 二.開關(guān)電源的維修技巧和常見故障 1.維修技巧 開關(guān)電源的維修可分為兩步進行：斷電情況下，“看、聞、問、量” 看：打開電源的外殼，檢查保險絲是否熔斷，再觀察電源的內(nèi)部情況，如果發(fā)現(xiàn)電源的PCB板上有燒焦處或元件破裂，則應(yīng)重點檢查此處元件及相關(guān)電路元件。 聞：聞一下電源內(nèi)部是否有糊味，檢查是否有燒焦的元器件。 問：問一下電源損壞的經(jīng)過，是否對電源進行違規(guī)操作。 量：沒通電前，用萬用表量一下高壓電容兩端的電壓先。如果是開關(guān)電源不起振或開關(guān)管開路引起的故障，則大多數(shù)情況下，高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼，此電壓有300多伏，需小心。用萬用表測量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，電阻值不應(yīng)過低，否則電源內(nèi)部可能存在短路。電容器應(yīng)能充放電。脫開負載，分別測量各組輸出端的對地電阻，正常時，表針應(yīng)有電容器充放電擺動，后指示的應(yīng)為該路的泄放電阻的阻值。加電檢測通電后觀察電源是否有燒保險及個別元件冒煙等現(xiàn)象，若有要及時切斷供電進行檢修。/版權(quán)所有)測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出，若無應(yīng)重點查整流二極管、濾波電容等。測量高頻變壓器次級線圈有無輸出，若無應(yīng)重點查開關(guān)管是否損壞，是否起振，保護電路是否動作等，若有則應(yīng)重點檢查各輸出側(cè)的整流二極管、濾波電容、三通穩(wěn)壓管等。如果電源啟動一下就停止，則該電源處于保護狀態(tài)下，可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓，如果電壓超出規(guī)定值，則說明電源處于保護狀態(tài)下，應(yīng)重點檢查產(chǎn)生保護的原因。 2.常見故障 保險絲熔斷一般情況下，保險絲熔斷說明電源的內(nèi)部線路有問題。由于電源工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下，電網(wǎng)電壓的波動、浪涌都會引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險絲熔斷。重點應(yīng)檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，逆變功率開關(guān)管等，檢查一下這此元器件有無擊穿、開路、損壞等。如果確實是保險絲熔斷，應(yīng)該首先查看電路板上的各個元件，看這些元件的外表有沒有被燒糊，有沒有電解液溢出，如果沒有發(fā)現(xiàn)上述情況，則用萬用表測量開關(guān)管有無擊穿短路。需要特別注意的是：切不可在查出某元件損壞時，更換后直接開機，這樣很有可能由于其它高壓元件仍有故障又將更換的元件損壞，一定要對上述電路的所有高壓元件進行全面檢查測量后，才能排除保險絲熔斷的故障。無直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定如果保險絲是完好的，在有負載情況下，各級直流電壓無輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現(xiàn)開路、短路現(xiàn)象，過壓、過流保護電路出現(xiàn)故障，輔助電源故障，振蕩電路沒有工作，電源負載過重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等。 在用萬用表測量次級元件，排除了高頻整流二極管擊穿、負載短路的情況后，如果這時輸出為零，則可以肯定是電源的控制電路出了故障。若有部分電壓輸出說明前級電路工作正常，故障出在高頻整流濾波電路中。高頻濾波電路主要由整流二極管及低壓濾波電容組成直流電壓輸出，其中整流二極管擊穿會使該電路無電壓輸出，濾波電容漏電會造成輸出電壓不穩(wěn)等故障。用萬用表靜態(tài)測量對應(yīng)元件即可檢查出其損壞的元件。例：某一24伏直流電機供電電源通電后無直流24伏輸出 ，拆開電源外殼，觀察保險絲未燒斷且電路板無明顯的燒焦處或破裂元件，在未通電情況下量AC輸入端阻值和DC輸出端阻值正常，量開關(guān)管、整流橋、整流管等重要元件正常，故判斷不存在內(nèi)部嚴重短路的可能，估計保護電路動作。經(jīng)檢查此開關(guān)電源采用U3842 PWM控制芯片，經(jīng)查找相關(guān)的資料得知，當U3842芯片的3端電壓高于1伏時，內(nèi)部電流敏感比較器輸出高電平，將PWM鎖存器復(fù)位使輸出關(guān)閉。通電測量U3842的3端高于1伏，6端無輸出，經(jīng)檢查相關(guān)電路，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管D2擊穿，如圖3，故PC1導(dǎo)通，致使U3842的3端為高電平，故6端無輸出，開關(guān)管不工作，直流側(cè)無直流輸出。更換同型號穩(wěn)壓管D2，故障解除。電源負載能力差電源負載能力差是一個常見的故障，一般都是出現(xiàn)在老式或工作時間長的電源中，主要原因是各元器件老化，開關(guān)管的工作不穩(wěn)定，沒有及時進行散熱等。應(yīng)重點檢查穩(wěn)壓二極管是否發(fā)熱漏電，整流二極管損壞、高壓濾波電容損壞等。 例：我廠近紅處激光光譜儀(VECTOR 22)，開機后無法完成自檢并報警且主板指示燈不斷閃爍。經(jīng)檢查，供光譜儀主板的直流5V電源僅剩2.3伏左右，脫開5V直流電源的負載，通電再次測量5V直流電源，這時則有5V，初步判斷此5V直流電源帶載能力差，拆開電源外殼進行檢修，由于沒有帶負載時，通電有直流5V輸出，故重點檢查次級線圈側(cè)的輸出整流電路，給5伏電源接上假負載通電進行測量發(fā)現(xiàn)三通穩(wěn)壓7805的1、2腳之間電壓為5.2伏，2、3腳之間卻剩2.3伏，如圖4，故判斷三通穩(wěn)壓管7805性能變壞，更換三通穩(wěn)壓管7805故障解決。 三、開關(guān)電源維修具體方法 1、開關(guān)電源維修的時候，我們首先需要利用萬用表檢測一下各功率器件是否存在擊穿短路，例如電源整流橋堆、開關(guān)管、高頻大功率整流管、抑制浪涌電流的大功率電阻是否燒斷等，然后需要再檢測各輸出電壓端口電阻是否異常，如上述器件有損壞的情況我們則需要進行更換新的器件。 2、我們在完成上述檢測之后，接通電源后如還不能正常工作，接著我們就要檢測功率因數(shù)模塊(PFC)和脈寬調(diào)制組件(PWM)，查閱相關(guān)資料，熟悉PFC和PWM模塊每個腳的功能及其模塊正常工作的必備條件。 3、對于具有PFC電路的電源則需測量濾波電容兩端電壓是否為380VDC左右，如有380VDC左右電壓，說明PFC模塊工作正常，接著檢測PWM組件的工作狀態(tài)，測量其電源輸入端VC，參考電壓輸出端VR，啟動控制Vstart/Vcontrol端電壓是否正常，利用220VAC/220VAC隔離變壓器給開關(guān)電源供電，用示波器觀測PWM模塊CT端對地的波形是否為線性良好的鋸齒波或三角形，如TL494 CT端為鋸齒波，F(xiàn)A5310其CT端為三角波。輸出端V0的波形是否為有序的窄脈沖信號。 4、在開關(guān)電源維修實踐中，有許多開關(guān)電源采用UC38××系列8腳PWM組件，大多數(shù)電源不能工作都是因為電源啟動電阻損壞，或芯片性能下降。當R斷路后無VC，PWM組件無法工作，需更換與原來功率阻值相同的電阻。當PWM組件啟動電流增加后，可減小R值到PWM組件能正常工作為止。在修一臺GE DR電源時，PWM模塊為UC3843，檢測未發(fā)現(xiàn)其他異常，在R(220K)上并接一個220K的電阻后，PWM組件工作，輸出電壓均正常。有時候由于外圍電路故障，致使VR端5V電壓為0V，PWM組件也不工作，在修柯達8900相機電源時，遇到此情況，把與VR端相連的外電路斷開，VR從0V變?yōu)?V，PWM組件正常工作，輸出電壓均正常。 5、當濾波電容上無380VDC左右電壓時，說明PFC電路沒有正常工作，PFC模塊關(guān)鍵檢測腳為電源輸入腳VC，啟動腳Vstart/control，CT和RT腳及V0腳。修理一臺富士3000相機時，測試一板上濾波電容上無380VDC電壓。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，測量場效應(yīng)功率開關(guān)管G極無V0波形，由于FA5331(PFC)為貼片元件，機器用久后出現(xiàn)V0端與板之間虛焊，V0信號沒有送到場效應(yīng)管G極。將V0端與板上焊點焊好，用萬用表測量濾波電容有380VDC電壓。當Vstart/control端為低電平時，PFC亦不能工作，則要檢測其端點與外圍相連的有關(guān)電路。 總之，開關(guān)電源電路有易有難，功率有大有小，輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西，即充分熟悉開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)以及PFC及PWM模塊的特性，它們工作的基本條件，按照上述步驟和方法，多動手進行開關(guān)電源的維修，就能迅速地排除開關(guān)電源故障，達到事半功倍的效果。 四、開關(guān)電源維修經(jīng)驗之談 1、開關(guān)電源出現(xiàn)不啟振的時候，我們通常需要查看開關(guān)頻率是否正確、保護電路是否封鎖、電壓反饋電路、電流反饋電路又沒問題，開關(guān)管是否擊穿等。 2、開關(guān)電源變壓器發(fā)熱或發(fā)出“嗞嗞嗞”聲，一般是開關(guān)頻率不對。 3、開關(guān)電源輸出電壓電源指示燈一閃一閃的一般是副邊有短路的
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