电力电子技术 配套课件教学课件 作者 徐立娟 模块三——项目5.ppt

长沙民政职业技术学院电子信息工程系* *  电力电子技术 2010年6月 模块三 开关电源 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这为开关电源提供了广阔的发展空间。如图是常见的PC主机开关电源。 本模块分解成认识大功率晶体管（GTR）和功率场效应晶体管（MOSFET）、开关电源主电路两个项目，通过学习相关的知识和实施相应的项目，使学生在完成本模块的项目后能够： 1．认识大功率晶体管GTR和功率场效应晶体管MOSFET。 2．会选择和测试大功率晶体管GTR和功率场效应晶体管MOSFET。 3．熟悉DC/DC变换电路的基本概念。 4．能分析DC/DC变换电路的工作原理。 5．在小组合作实施项目过程中培养与人合作的精神。 6．学会分析问题和解决问题的方法。 7．强化成本核算和安全用电意识、规范职业行为。 项目五 认识大功率晶体管（GTR） 和功率场效应晶体管（MOSFET） 【学习目标】 ·观察大功率晶体管GTR和功率场效应晶体管MOSFET的外形，让同学们认识这两种器件的外形结构、端子及型号。 ·通过测试，会判别器件的端子、判断器件的好坏。 ·通过选择器件，掌握器件的基本参数、具备成本核算意识。 一、项目分析 开关电源是通过控制功率开关管的导通与截止，将直流电压变成连续的脉冲，再经变压器隔离降压及输出滤波后变为低压的直流电。那么，常用的开关器件有哪些？这些开关管在什么条件下导通？在什么情况下截止？它们的导通和截止是如何控制的？有哪些需要注意的问题？下面来介绍相关知识。 二、相关知识 （一）大功率晶体管（GTR） 1．大功率晶体管的结构和工作原理 三端三层器件，有两个PN结，分NPN型和PNP型。 采用三重扩散台面型结构制成单管形式。结面积大、电流分布均匀，易散热；但电流增益低。 图形符号 2．GTR的特性与主要参数 ton=td+tr 开通时间 关断时间 toff=ts+tf td 延迟时间 tr 上升时间 ts 存储时间 tf 下降时间 GTR的安全工作区 最高工作电压 集电极最大允许电流 最大耗散功率 二次击穿功耗 GTR主要参数一般指极限参数，即最高工作电压、最大工作电流、最大耗散功率和最高工作结温等。 1）最高工作电压。GTR上所施加的电压超过规定值时，就会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。 U（BR）CBO：发射极开路时，集电极和基极间的反向击穿电压。 U（BR）CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的击穿电压。 U（BR）CER：实际电路中，GTR的发射极和基极之间常接有电阻R，这时用BUcer表示集电极和发射极之间的击穿电压。 U（BR）CES：当R为0，即发射极和基极短路，用BUces表示其击穿电压。 U（BR）CEX：发射结反向偏置时，集电极和发射极之间的击穿电压。 其中 U（BR）CBO U（BR）CEX U（BR）CES U（BR）CER U（BR）CEO，实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比U（BR）CEO低得多。 2）集电极最大允许电流IcM。GTR流过的电流过大，会使GTR参数劣化，性能将变得不稳定，尤其是发射极的集边效应可能导致GTR损坏。因此，必须规定集电极最大允许电流值。通常规定共发射极电流放大系数下降到规定值的1/2～1/3时，所对应的电流Ic为集电极最大允许电流，以IcM表示。实际使用时还要留有较大的安全余量，一般只能用到IcM值的一半或稍多些。 3）集电极最大耗散功率PcM。集电极最大耗散功率是在最高工作温度下允许的耗散功率，用PcM表示。它是GTR容量的重要标志。晶体管功耗的大小主要由集电极工作电压和工作电流的乘积来决定，它将转化为热能使晶体管升温，晶体管会因温度过高而损坏。实际使用时，集电极允许耗散功率和散热条件与工作环境温度有关。所以在使用中应特别注意值IC不能过大，散热条件要好。 4）最高工作结温TJM。GTR正常工作允许的最高结温，以TJM表示。GTR结温过高时，会导致热击穿而烧坏。 4． GTR的驱动与保护 （1）GTR基极驱动电路 1）对基极驱动电路的要求。 ①主电路与控制电路间的电隔离。 ②在使GTR导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿，并有一定幅度的强制电流，以加速开通过程，减小开通损耗，如图 。 ③GTR导通期间，在任何负载下，基极电流都应使GTR处在临界饱和状态，这样既可降低导通饱和压降，又可缩短