开关功率MOS管
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2011-9-8
MOS管主要工作特性（缺点） 管
导通电阻（Rds(on)）较大，具有正温度系 数，用在大电流开关状态时，导通损耗较 大； 开启门限驱动电压较高（一般2~4V）； P沟道MOS管耐压还不是很高，很难找到与 N沟道配对的“图腾柱”输出。
2011-9-8
MOS管的符号 管的符号
NMOS/PMOS的符号为：
2011-9-8
ห้องสมุดไป่ตู้
MOS管驱动电阻 管驱动电阻
设计MOS管遵守的原则 管遵守的原则 设计
MOS各脚连线尽量短，特别是G极的长度，如实 在无法减少其长度，可以用一小磁环或一小电阻 与MOS管串接起来。
2011-9-8
MOS管设计说明 管设计说明
图1中R1： R1是驱动电阻，要尽量靠近MOS管的G极，可 以消除寄生振荡，因MOS管输入阻抗很高，驱动 阻抗必须很低，防止电路发生正反馈自激振荡。 图1中R2： 为加速MOS关断。 在设计MOS管的电路时，因MOS管的栅极G的电 压大都为20~30V，所以要加保护（如稳压二极 管）。
2011-9-8
为提高MOS管的开关速度，驱动电阻 驱动电阻Rg不可特大， 驱动电阻 可用公式得到其值： Rg = tr（或tf）/2.2Ciss 驱动电流脉冲值： 驱动电流脉冲值： Ig = Ciss×（dV/dt） 其中Rg：驱动阻抗， ； Ciss：MOS管的输入电容，F； tr和tf：分别为MOS管的上升时间和下降时间，s； dV/dt：驱动源的电压变化率，V/s； G-S电压无，MOS管关闭，D-S程高阻状态，抑制 电流通过。 请看IRF640.PDF
课后作业：
试列出在开关电源中常用的 MOS管 并列出其重要参数。 MOS管，并列出其重要参数。
2011-9-8
2011-9-8
MOS管主要工作特性（优点） 管
其工作频率可以达20KHz以上，有的甚至可以达 到100KHz~200KHz~2MHz，从而可以选用小型 化的磁性元件和电感； 是一种电压控制元件，驱动电路设计比较简单； MOS管中大都集成有阻尼二极管，而三极管区没 有这个阻尼二极管； 体积小、重量轻； 高速、大功率、高耐压（可以达到1400V以上 NMOS）； 高增益，存储时间不受限制，不会热击穿。
2011-9-8
TL431内部结构图 内部结构图
其内部电路图为：
2011-9-8
稳压管TL431 稳压管 TL431是一是一个有良好的热稳定 性能的三端可调分流基准源。它的 输出电压用两个电阻就可以任意地 设置到从Vref（2.5V）到36V范围 内的任何值。该器件的典型动态阻 抗为0.2 ，在很多应用中可以用它 代替齐纳二极管，例如，数字电压 表，运放电路、可调压电源，开关 电源等等。
2011-9-8
PC817光耦应用框图 光耦应用框图
2011-9-8
PC817光耦详解 光耦详解
二极管正向电流IF生成一个光源，使光敏三极管产生一集 电极电流IC供给负载电阻RL； 光敏二极管共有三个重要参数： 1）二极管正向电流IF； 2）二极管正向压降VF； 3）输入电压Vin； 限流电阻R=（Vin-VF）IF，一般生产厂家给出VF和IF， 可以计算出R的值。 光敏输出有一个重要参数： 输出IC=η ×IF 这里的，η：耦合系数（传输率），一般厂家会给出；
2011-9-8
稳压管TL431 稳压管 从该器件的符号看。3个引脚分别为：阴极
（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端 （REF）。 从下图可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接 在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当 REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时， 三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且 随着REF端电压的微小变化，通过三极管 图1 的 电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是 TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组 合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电 路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有 帮助的，本文的一些分析也将基于此模块而展开。
2011-9-8
TL431工作原理 工作原理
TL431的基本电路如下图
2011-9-8
TL431工作原理 工作原理
由上图可知，它相当于一只可调的稳压管， 输出电压由R1和R2来设定， VO=VKA=(1+R1/R2)*VREF R3是限流电阻， VREF是常态下的基准电压 （2.5V）。 具体数据请看：TL431.PDF
开关功率MOS管 管 开关功率
MOSFET分为P沟道增强型、 P沟道耗尽型 和N沟道增强型、N沟道耗尽型4种类型。 增强型MOS具有应用方便的“常闭”特性 （即驱动信号为零时，输出电流等于零）。 在开关电源中使用的MOS管几乎全是N 沟 道增强型器件。 MOS管主要具备较大的安全工作区、良好 的散热稳定性和非常快的开关速度。
2011-9-8
TL431在开关电源中的作用 在开关电源中的作用1 在开关电源中的作用
如图
2011-9-8
TL431在开关电源中应用 在开关电源中应用
在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过 误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模 式在某些应用中也能较好地发挥作用，但随着技术的发展， 当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的 方案。此类结构的开关电源有以下特点：输出经过 TL431(可控分流基准)反馈并将误差放大，TL431的沉流端 驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感 光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的PWM 控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。 其它具体参数请参考课本34页。
2011-9-8
电源输入级
世界各国电力系统： 地区 电压（V） 美国 117 欧洲 240 日本 100 中东 240 频率（Hz） 60 50 60 50/60
2011-9-8
滤波电感
共模电感： L=1/（（2×3.14×f）2×C） 差模电感： L=（1/2）×（1/（2×3.14×f）2×C） 这里的 f：设计要求的截止频率； C：接入的X电容或Y电容；
2011-9-8
MOS管原理 管原理
MOS管是电压控制器件，为了在D极获得一个较 大电流，在MOS管的G极和S极间必须加一个受 控的电压，因MOS的栅极与源极在电气上是靠硅 氧化层相互隔离的，管子加电后只有很少的一点 漏电流从所加电源端流入到栅极。因此，可以说 MOS管具有极高的增益和阻抗。 为了驱动MOS管导通，需要在栅极和源极间加入 电压脉冲，用于产生有效的充电电流，给MOS管 的输入电容Ciss充电。
MOS管主要工作特性（缺点） 管
导通电阻（Rds(on)）较大，具有正温度系 数，用在大电流开关状态时，导通损耗较 大； 开启门限驱动电压较高（一般2~4V）； P沟道MOS管耐压还不是很高，很难找到与 N沟道配对的“图腾柱”输出。
2011-9-8
MOS管的符号 管的符号
NMOS/PMOS的符号为：
2011-9-8
ห้องสมุดไป่ตู้
MOS管驱动电阻 管驱动电阻
设计MOS管遵守的原则 管遵守的原则 设计
MOS各脚连线尽量短，特别是G极的长度，如实 在无法减少其长度，可以用一小磁环或一小电阻 与MOS管串接起来。
2011-9-8
MOS管设计说明 管设计说明
图1中R1： R1是驱动电阻，要尽量靠近MOS管的G极，可 以消除寄生振荡，因MOS管输入阻抗很高，驱动 阻抗必须很低，防止电路发生正反馈自激振荡。 图1中R2： 为加速MOS关断。 在设计MOS管的电路时，因MOS管的栅极G的电 压大都为20~30V，所以要加保护（如稳压二极 管）。
2011-9-8
为提高MOS管的开关速度，驱动电阻 驱动电阻Rg不可特大， 驱动电阻 可用公式得到其值： Rg = tr（或tf）/2.2Ciss 驱动电流脉冲值： 驱动电流脉冲值： Ig = Ciss×（dV/dt） 其中Rg：驱动阻抗， ； Ciss：MOS管的输入电容，F； tr和tf：分别为MOS管的上升时间和下降时间，s； dV/dt：驱动源的电压变化率，V/s； G-S电压无，MOS管关闭，D-S程高阻状态，抑制 电流通过。 请看IRF640.PDF
课后作业：
试列出在开关电源中常用的 MOS管 并列出其重要参数。 MOS管，并列出其重要参数。
2011-9-8
2011-9-8
MOS管主要工作特性（优点） 管
其工作频率可以达20KHz以上，有的甚至可以达 到100KHz~200KHz~2MHz，从而可以选用小型 化的磁性元件和电感； 是一种电压控制元件，驱动电路设计比较简单； MOS管中大都集成有阻尼二极管，而三极管区没 有这个阻尼二极管； 体积小、重量轻； 高速、大功率、高耐压（可以达到1400V以上 NMOS）； 高增益，存储时间不受限制，不会热击穿。
2011-9-8
TL431内部结构图 内部结构图
其内部电路图为：
2011-9-8
稳压管TL431 稳压管 TL431是一是一个有良好的热稳定 性能的三端可调分流基准源。它的 输出电压用两个电阻就可以任意地 设置到从Vref（2.5V）到36V范围 内的任何值。该器件的典型动态阻 抗为0.2 ，在很多应用中可以用它 代替齐纳二极管，例如，数字电压 表，运放电路、可调压电源，开关 电源等等。
2011-9-8
PC817光耦应用框图 光耦应用框图
2011-9-8
PC817光耦详解 光耦详解
二极管正向电流IF生成一个光源，使光敏三极管产生一集 电极电流IC供给负载电阻RL； 光敏二极管共有三个重要参数： 1）二极管正向电流IF； 2）二极管正向压降VF； 3）输入电压Vin； 限流电阻R=（Vin-VF）IF，一般生产厂家给出VF和IF， 可以计算出R的值。 光敏输出有一个重要参数： 输出IC=η ×IF 这里的，η：耦合系数（传输率），一般厂家会给出；
2011-9-8
稳压管TL431 稳压管 从该器件的符号看。3个引脚分别为：阴极
（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端 （REF）。 从下图可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接 在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当 REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时， 三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且 随着REF端电压的微小变化，通过三极管 图1 的 电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是 TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组 合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电 路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有 帮助的，本文的一些分析也将基于此模块而展开。
2011-9-8
TL431工作原理 工作原理
TL431的基本电路如下图
2011-9-8
TL431工作原理 工作原理
由上图可知，它相当于一只可调的稳压管， 输出电压由R1和R2来设定， VO=VKA=(1+R1/R2)*VREF R3是限流电阻， VREF是常态下的基准电压 （2.5V）。 具体数据请看：TL431.PDF
开关功率MOS管 管 开关功率
MOSFET分为P沟道增强型、 P沟道耗尽型 和N沟道增强型、N沟道耗尽型4种类型。 增强型MOS具有应用方便的“常闭”特性 （即驱动信号为零时，输出电流等于零）。 在开关电源中使用的MOS管几乎全是N 沟 道增强型器件。 MOS管主要具备较大的安全工作区、良好 的散热稳定性和非常快的开关速度。
2011-9-8
TL431在开关电源中的作用 在开关电源中的作用1 在开关电源中的作用
如图
2011-9-8
TL431在开关电源中应用 在开关电源中应用
在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过 误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模 式在某些应用中也能较好地发挥作用，但随着技术的发展， 当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的 方案。此类结构的开关电源有以下特点：输出经过 TL431(可控分流基准)反馈并将误差放大，TL431的沉流端 驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感 光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的PWM 控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。 其它具体参数请参考课本34页。
2011-9-8
电源输入级
世界各国电力系统： 地区 电压（V） 美国 117 欧洲 240 日本 100 中东 240 频率（Hz） 60 50 60 50/60
2011-9-8
滤波电感
共模电感： L=1/（（2×3.14×f）2×C） 差模电感： L=（1/2）×（1/（2×3.14×f）2×C） 这里的 f：设计要求的截止频率； C：接入的X电容或Y电容；
2011-9-8
MOS管原理 管原理
MOS管是电压控制器件，为了在D极获得一个较 大电流，在MOS管的G极和S极间必须加一个受 控的电压，因MOS的栅极与源极在电气上是靠硅 氧化层相互隔离的，管子加电后只有很少的一点 漏电流从所加电源端流入到栅极。因此，可以说 MOS管具有极高的增益和阻抗。 为了驱动MOS管导通，需要在栅极和源极间加入 电压脉冲，用于产生有效的充电电流，给MOS管 的输入电容Ciss充电。