电子设计竞赛电源类

1Component1:PowerDiode一.基区电导调制效应----原始基片电导是电流的函数二.ReverserecoveryRIIfSlRIrrEbbbe)(/26'1、现象2、成因3、危害2一个实验结果实验条件：U=300V，D=1/3F=40KHZ，T：IRFP460I0=6A选用三个二极管D1：RURU3012，30A，1200VD2：IXYS,DESI30-06A，30A，600VD3：新一代二极管ISL91560P2，15A，600VIRM1=17A,IRM1/I0=2.8;IRM2=10A,IRM2/I0=2；IRM3=5A,IRM1/I0=0.8结论:1.二极管反向恢复电流与其耐压成正比;2.新一代二极管明显优于传统超快恢复二极管。3Component2:GrantPower(1)1.Structure.Lc--Currentsource;td:延迟时间：Ube=00.5v;tr:上升时间，ic=0Ic,Id;tfv:T由放饱；Ton=td+tr+tfvts:存储时间;trv:T处于放大区的时间T由放截;tfI:2,ic=Ic0,。Theoperationalprocess一.Dynamicwaveforms4GRT的特点及应用1.开关频率低,最高开关频率约为5KHZ.GTR的电流是少子的扩散形成的电流，在高注入下产生剩余载流子，在关断时，需要通过抽出和复合来消除，因此，关断时间长。2、输入电阻少：流控元件，驱动功率大；3、开关容量大；4、导通压降低；5二.二次击穿一次击穿：Uce=Buceo,Ic,雪崩击穿；特点：Ic,Uce=BuceoConstant二次击穿：IcA点,P=UsBIsB…..临界（触发）能量…T失控….出现负阻区,局部过热,烧坏.IB(IC),A点左移FIG.1.14,二次击穿的临界线BUceo6Component2:GrantPower(2)三.FBSOA/RBSOA正向脉冲宽度Ton=10ms1ms,50us壳温,Pcm和二次击穿的临界线二次击穿的临界线BUceo7Component3:MOSFET(1)1.structureandoperationalprincipleThecurrentchannel..V-GrooveIfVgs0,thereisainversionlayeratthesurfaceofP.ThisinversionlayerprovidesachannelforthecurrentfromDtoS.1).只有参与多子导电------Highspeed2).On–resistor:器件的耐压；A是面积。增加，---尽量不用高压器件hasapositivetemperaturecoefficient;IfTincrease,increasetoo.------Parallel3).Nearlyinfiniteinputimpedance-----LowdrivingpowerAURBRDSon5.2DSonRDSonRBRU82.Symbolandtheoutputcharacteristic93.ThesafetyoperationalareaRdsonIDMBUdsoPcm104.PM的等效电路模型中的三个电容为极间电容手册中给出电容：输入电容输出电容反馈电容gdgsissCCCgddsossCCCgdrssCC115、纯阻负载下PM的开关过程12（1）输入电路的时间常数栅极回路的输入电容：issC11gdgsCCTgsUU0DI202)1(gdmgsCgRC33gdgsCC截止放大区全导通区dscdsUUissC（中）gssgsTdscdsUUUUU,（小）issC（大）issC对于VN10A12，PFCPFCPFCdsgdgs230,60,650栅极回路的充放电时间常数：9)-(1TgsdscUUUgissiRC13（2）开通过程:开通时间三个阶段ont1)延迟时间,截止,时间常数)(111gdgsgiCCRdt2)电流上升,放大,时间常数])1([2022gdmgsgiCRgCRrtgssgsUU3)全导通,时间常数)(333gdgsgiCCR(小)(大)(中)开通时间:rdonttt对于VN10A12,nstnstrond250,60)((3)关断过程1)关断延迟时间:dt1ggsUUgssU3ii(中速)2)电流下降:ftgssgsUU2i(慢速）TU143）TgsUU2gU1i（快速）关断时间：,fdoffttt对于VN10A12，nstnstfd135,135小结：开关过程分为三个阶段1PM截止，充放电时间常数小，)(111gdgsgiCCR,TgsUU2,gssgsTUUUPM放大，充放电时间常数大，3,gssgsUUPM全导通，充放电时间常数中等，充放电速度中等])1([2022gdmgsgiCRgCR156、感性负载下PM的开关过程（1）基本规定：1).为理想的方波;2).负载电流为恒定值;3).极间电容为常数;4).;5).为理想二极管6).分布电感guconsgm0D0DL(2)开通过程分析1).电路初态,时区A,PM断态,0002,,0,IiiUUiuuDddsDgg2).开通延迟区,时区B,PM仍在截止区起因:结束标志:2ggUU1gUTgsUu1617时间常数:issggdgsgiCRCCR)(与阻值负载的延迟相同延迟时间:TgggissgdUUUUCRont121ln)(当)(,;)(,;)(,1ontContRontUdissdgdg为了缩短,应减小,增大,选用小的管子)(ontdgR1gUissC3).T-T0,换流区(时区C)电压反馈起作用184).电压下降区(时区D),PM仍在放大区在这个区域,consUGIuIiTmgsD00,所以出现了平台gsu当onRIuttds03,5).栅压过充区(时区E)电容放电,上的电流增加ossCDi（3）关断过程(作业)自己分析0DL的电路197.电容VS.uds极间电容与数值均与有关，当时，各电容的数值随而急剧上升，当，各数值就趋于稳定。dsUVUds5.2dsUVUds5.2208、栅极电荷特性由于极间电容是的函数，用极间电容设计开关时间会很麻烦dsu通常采用栅极电荷特性计算开关速度和驱动电路一）栅极电荷特性及其测试条件当tIQtCICQuconsIggigiggsg,,与只差一个常数，gQt与的波形等同于与的关系gsutgsugQ211）当时，S关断，和开始充电，线性上升，],0[0ttgsCgsugsduU略去变化对电容上的电压的影响。(这个假设不合理）gsugdC当TUtuttTgs,)(,00开始进入放大区，00tIQg2）当],[10ttt，当时，，仍然导通，所以0tt0Di0DddsUu。继续线性上升gsu,,,000DDDgsmDiiiIugi当时，1tt000,0,DiIiDDgssgsUu关断22tIQg由于gdgsissCCC在上述两个时区内，输入电容为223）ggssgsiconsUuttt,],,[21完全流入;gdC当ongsRIutt02,进入电阻区4）gittt],,[32向和同时充电，当gdCgsC3tt时，313,,QuuQQggsg栅极电路提供的总电荷1gu另外一个结论是：当下降时，下降，也同时下降dU2t2Q代表了在栅压的条件下23二电路条件对栅极电荷特性的影响1.当ID=constant,Ud增加,栅极电荷Q2增加原因:当,在图1-24中的将减小dU2t242.对栅极电荷Q影响不大,如图1-26DI2.驱动功率很小,可以略去不计三利用栅极电荷特性设计驱动电路1.的选择:1gU21tiUgg开关速度升高2Q栅极电荷增加,驱动损耗增加例如:由图1-25（b)可知，当nCQVUg15,721nCQVUg20,102125Component4:IGBT(1)Transistor:On-resistorislow;thespeedislow;DrivingpowerishighMOSFET:On-resistorishigh;thespeedishigh;thedrivingpowerislow;26一.IGBT特性曲线转移特性与MOS相同输出特性与GTR相同uGE=5ICMPCMBUceo二次击穿27IGBT的特点1.速度:大于GTR,小于MOS;2.通态压降小;3.驱动功率小4.关断时,拖尾电流28MOSFET与IGBT的驱动电路一.栅极驱动电路的基本功能及要求1.提供信号和功率保证器件的开启和关断;2.电隔离;3.具有较强的抗干扰能力;4.具有保护功能二.常用的几种集成驱动电路一混合方式的驱动电路UC3724和UC3725是一对UC3726和UC3727是一对29以UC3724和UC3725为例讲述这种驱动电路1.UC3724,调制器,低频控制信号,是高频调制信号入出外接和决定了载波的频率0R0C2.UC3725调制器:高频调制信号,低频控制信号;OC:过流保护入出3.UC3725和UC3724由高频变压器以实现隔离4.UC3725工作原理:为高频调制信号,REC1和REC2电容C1和C2组成整流滤波电路为输入端,T1和T2提供负电源电压CA是鉴幅器,把解调与同步的驱动信号bauu,ausuG,S是UC3725的输出,为高频调制信号经驱动电路和管子的输入电容组成了低通滤波器,因此,加MOSFET或IGBT的驱动信号是一个与相同的信号su305.特点:UC3724和UC3725共电源共电压,控制信号的频率不宜大于100KHZ31二半桥电路的驱动电路IR211X系列(100KHZ以下)以IR2110为例介绍这种驱动电路321.电路结构:有两个通道,H为高压通道,L为低压通道,两个通道在输入级为共地,输出级的隔离电压为500V,即5脚与2脚之间可以承受-5V~500V的电压.这个电路包含有入级,电平转换级和出级2.输入级:9脚:VDD的电源电压=5~20V,13脚为输入级的参考点10脚:Hi高压通道的输入端12脚:Li低压通道的输入端11脚:SD封锁信号高电平,两路信号均被封锁低电平,两路信号均可以输出SD=3.电平转换电路:33LS1的输入端的电源为VDD和VSS,输入端的电源为VCC(3)与Com(2)LS2的输入端的电源为VDD和VSS,输入端的电源为VB(6)与VS(5)4.输出级：低压侧通道：由T3，T4组成的推挽电路，使得这个电路的最大输出为2A供电电源为：VCC(3)和Com(3)高压侧通道:供电压VB(6)和VS(5)5.工作波形:双电源供电9675103HiLi213H015V15VL034HiVss(13）LiVssL0（2）comH0Vs（5）9675103HiLi213H015V15VL0356.IR2110的应用电路和自举电路DB和CB组成了自举电路,当T6/On时,ComTCDUuBBCA6,0向CB充电;当T6/Off时DB/Off,IR2110的高侧通道由CB电容供电自举电路的参数设计:DB的选择:耐压平均电流式中,fs为开关频率,Qg为栅极电荷CdRmUUUsgsgDmfQTQI(1-117)(1-118)CB电容的选择:RCgBBUUQkC(1-119)式中,UR是允许的最小压降,大于8V,KB1,KB为安全系数常取:VUVURC10,1536三EXB840系列驱动电路(40KHZ以下)37逻辑结构如图2-31(a)所示,方框1为过流保护,方框2为信号隔离,方框3为电压变换电路6脚:短路