第1章 功率电子线路-1

(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。
1.1.1 功率放大器
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 Po ηC PD Po PC Po —— 输出信号功率 ；PD —— 电源提供的功率；
第1章
功率电子线路
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
1.1
功率电子线路
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
1.1
种类：
功率电子线路概述
作用：高效地实现能量变换和控制。
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 满足安全工作条件外，要保证 功率管安全工作，还要求不发生二次击穿。 二次击穿(Secondary Breakdown)： 当集 - 射反向电压超过 V(BR)CEO 时，会引起击穿，但 只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电 极电压小于 V(BR)CEO 后，管子可恢复正常工作。 如果发生上述击穿，电流不加限制，就会出现集电极 电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，即为二次击 穿。 后果：过热点的晶体熔化，集 - 射间形成低阻通道， 引起 vCE下降，iC 剧增，损坏功率管，且不可逆。 发生条件：它在高压低电流时发生，相应的功率称为 二次击穿耐量 PSB。
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 ，c = 。 ② 乙类：功率管仅在半个周期内导通，c = /2。 ③ 甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通， /2 c 。 ④ 丙类：功率管在小于半个周期内导通，c /2。 功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。
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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：
1.1.3 功率器件
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。
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。 Po ηC 减小 PC 可提高 C。 Po PC
假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和 vCE，则 PC 为
1 2 PC iC vCE dt 0 2 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) 。
1.1.2 电源变换电路
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。
PC —— 管耗 (Power Dissipation)/集电极耗散功率； Po 一定，C 越高，PD 越小 PC 小， 既可选 PCM 小的管子，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
图 1–1–5
图计及二次击穿时功率管的安全工作区
功率管的安全工作区