功率电子线路概述().ppt

第 1 章　功率电子线路 1.1　功率电子线路概述 1.1.1　功率放大器 1.1.2　电源变换电路 1.1.3　功率器件 三极管 MOS管 讨论 1-4 * 1.1　功率电子线路概述 1.2　功率放大器的电路组成和工作特性 1.3　乙类推挽功率放大电路 1.4　功率合成技术 1.5　整流与稳压电路 第 1 章 功率电子线路 1.1.1　功率放大器 1.1.2　电源变换电路 1.1.3　功率器件 1.1　功率电子线路概述 作用：高效地实现能量变换和控制。 种类： 　　(1)功率放大电路 　　特点：放大 　　用途：通信、音像等电子设备。 　　(2)电源变换电路 　　特点：能量变换 　　用途：电源设备、电子系统、工业控制等。 特点：工作在大信号状态。 一、功率放大器的性能要求 　　① 安全。输出功率大，管子在极限条件下运用。 　　② 高效率。 　　 ?C ——集电极效率(Collector Efficiency) 　　 Po —— 输出信号功率 ；PD —— 电源提供的功率； 　　 PC —— 管耗 (Power Dissipation)/集电极耗散功率； 　　 Po 一定，?C 越高，PD 越小 ? PC 小， 以降低费用，也节省能源。 　　 ③ 失真小。 　　尽管功率增益也是重要的性能指标，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通过增加前置级祢补。 二、功率管的运用特点 1．功率管的运用状态 　　根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。 ① 甲类：功率管在一个周期内导通 。 ② 乙类：功率管仅在半个周期内导通。 　　③ 甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。 ④ 丙类：功率管在小于半个周期内导通。 功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。 功率管的运用状态 根据下列曲线说出功率管的应用状态： 图 1–1–1　各种运用状态下的输出电流波形　 2．不同运用状态下的 ?C 管子的运用状态不同，相应的 ?Cmax 也不同。 减小 PC 可提高 ?C。 假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和 vCE，则 PC 为 讨论：若减少 PC，则要减少 iC vCE 　　 方法 1：由甲类 ? 甲乙类 ? 乙类 ? 丙类，即减小管子在信号周期内的导通(增大 iC = 0)的时间。 　　方法 2：管子运用于开关状态(又称丁类)，即一周期内半饱和半截止。 　　饱和时，vCE ? VCE (sat) 很小 ? PC 很小； 　　截止时，iC 很小，iC vCE 也很小 ? PC 很小。 　　总之：为提高 ?C，管应用状态可取乙类、丙类或丁类。但集电极电流波形失真严重，电路需采取特定措施(见 1.2 节)。 按变换方式不同： (1)整流器(Rectifier)：交流电-直流电。 　　应用：电子设备供电。 　　(2)直流-直流变换器(DC-DC Converter)：直流电-直流电。 　　应用：开关电源。 　　(3)逆变器(Inverter)：直流电-交流电。 　　应用：不间断电源、变频电源。 　　(4) 交流-交流变换器(AC-AC Converter)：交流电-交流电。 　　应用：变压等。 功率管的种类： (1)双极型功率晶体管 (2)功率 MOS 管 (3)绝缘栅双极型功率管 功率管是功率放大电路的关键器件，为保证安全工作，需了解其极限参数及安全工作区。 　　以双极型功率管为例，安全工作区受如下极限参数限制： ① 最大允许管耗 PCM。与散热条件密切相关。 ② 基极开路集 - 射反向击穿电压 V(BR)CEO 。 ③ 集电极最大允许电流 ICM 。 以上参数与功率管的结构、工艺参数、封装形式有关。 一、功率管散热和相应的 PCM 管耗 PC 主要消耗在集电结上，使结温升高。 　　若集电极的散热条件良好，集电结上的热量很容易散发到周围空气中去，则集电结就会在某一较低温度上达到热平衡，此时集电结上产生的热量等于散发到空气中的热量。反之，散热条件不好，集电结就会在更高的温度上达到热平衡，甚至产生热崩而烧坏管子。 热崩(Thermal Runaway)： 　　集电结结温(Tj) ? ? iC ? ? PC ? ? Tj ? 如此反复，直至 Tj ? TjM(集电结最高允许温度)而导致管子被烧坏的一种恶性循环现象。 提高 PCM 的办法： 图 1–1–4　(a)、(b) 功率管底座上加装散热器 (c) 相应的热等效电路 ① 管子集电极直接固定在金属底座上。 ② 金属底座与管壳相连。 ③ 金属底座还加装金属散热器。 各种散热片 各种功率晶体管 二、二次击穿 　　除 PCM、ICM 和V(BR)CEO 满足安全工作条件