ta_mind | 开心 2012-6-15 00:00 |
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classn_01: 8 classn_02 [LV.3]偶尔看看II
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发表于 2011-3-9 00:02:58
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压波形变成B的畸变波形,导致开关管不能正常开关工作而损坏,解决的方法就是,只要R足够的小,甚至没有阻值,激励信号能提供足够的电流,就能使等效电容迅速的充电、放电,这样MOS开关管就能迅速的“开”、“关”,保证了正常工作。由于激励信号是有内阻的,信号的激励电流也是有限度,我们在作为开关管的MOS管的输入部分,增加一个减少内阻、增加激励电流的“灌流电路”来解决此问题,如图2-2所示。
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7 N) n% p) ^+ U/ z, a9 W图2-2" p( n3 X. r, @7 |( _9 B- M' A
在图2-2中;在作为开关应用的MOS管Q3的栅极S和激励信号之间增加Q1、Q2两只开关管,此两只管均为普通的晶体三极管,两只管接成串联连接,Q1为NPN型Q2为PNP型,基极连接在一起(实际上是一个PNP、NPN互补的射极跟随器),两只管等效是两只在方波激励信号控制下轮流导通的开关,
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如图2-2-A、图2-2-B0 I4 _. l% }. y0 z9 ?* z' K, U
当激励方波信号的正半周来到时;晶体三极管Q1(NPN)导通、Q2(PNP)截止,VCC经过Q1导通对MOS开关管Q3的栅极充电,由于Q1是饱和导通,VCC等效是直接加到MOS管Q3的栅极,瞬间充电电流极大,充电时间极短,保证了MOS开关管Q3的迅速的“开”,如图2-2-A所示(图2-2-A和图2-2-B中的电容C为MOS管栅极S的等效电容)。
) n* V* F0 s S. P. K当激励方波信号的负半周来到时;晶体三极管Q1(NPN)截止、Q2(PNP)导通,MOS开关管Q3的栅极所充的电荷,经过Q2迅速放电,由于Q2是饱和导通,放电时间极短,保证了MOS开关管Q3的迅速的“关”,如图2-2-B所示。
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图2-2-A 图2-2-B
' q/ B5 a! y( z3 F( _由于MOS管在制造工艺上栅极S的引线的电流容量有一定的限度,所以在Q1在饱和导通时VCC对MOS管栅极S的瞬时充电电流巨大,极易损坏MOS管的输入端,为了保护MOS管的安全,在具体的电路中必须采取措施限制瞬时充电的电流值,在栅极充电的电路中串接一个适当的充电限流电阻R,如图2-3-A所示。充电限流电阻R的阻值的选取;要根据MOS管的输入电容的大小,激励脉冲的频率及灌流电路的VCC(VCC一般为12V)的大小决定一般在数十姆欧到一百欧姆之间。
* R- X1 F+ B( C3 t, X9 Z% a8 F
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$ ~) |9 A1 K* z- o图2-3-A 图2-3-B
$ m% U" O# }0 n" @7 Y1 {3 Q由于充电限流电阻的增加,使在激励方波负半周时Q2导通时放电的速度受到限制(充电时是VCC产生电流,放电时是栅极所充的电压VGS产生电流,VGS远远小于VCC,R的存在大大的降低了放电的速率)使MOS管的开关特性变坏,为了使R阻值在放电时不影响迅速放电的速率,在充电限流电阻R上并联一个形成放电通路的二极管D,图2-3-B所示。此二极管在放电时导通,在充电时反偏截止。这样增加了充电限流电阻和放电二极管后,既保证了MOS管的安全,又保证了MOS管,“开”与“关”的迅速动作。
! G0 P5 Y$ A1 a9 ?/ ~! I2、另一种灌流电路
5 C# q, ]' O, d$ Q灌流电路的另外一种形式,对于某些功率较小的开关电源上采用的MOS管往往采用了图2-4-A的电路方式。& w" K( B- p8 h v5 W3 {
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( c/ ?/ V1 V! J8 Y4 A6 w图2-4-A 图2-4-B% S/ v& [+ E/ s2 B6 W
图中 D为充电二极管,Q为放电三极管(PNP)。工作过程是这样,当激励方波正半周时,D导通,对MOS管输入端等效电容充电(此时Q截止),在当激励方波负半周时,D截止,Q导通,MOS管栅极S所充电荷,通过Q放电,MOS管完成“开”与“关”的动作,如图2-4-B所示。此电路由激励信号直接“灌流”,激励信号源要求内阻较低。该电路一般应用在功率较小的开关电源上。
7 ]; S0 K" O# y6 S- |5 D3 K3、MOS管开关应用必须设置泄放电阻;
& x7 r. ~- U, r' P! B( qMOS管在开关状态工作时;Q1、Q2是轮流导通,MOS管栅极是在反复充电、放电的状态,如果在此时关闭电源,MOS管的栅极就有两种状态;一个状态是;放电状态,栅极等效电容没有电荷存储,一个状态是;充电状态,栅极等效电容正好处于电荷充满状态,图2-5-A所示。虽然电源切断,此时Q1、Q2也都处于断开状态,电荷没有释放的回路,MOS管栅极的电场仍然存在(能保持很长时间),建立导电沟道的条件并没有消失。这样在再次开机瞬间,由于激励信号还没有建立,而开机瞬间MOS管的漏极电源(VDS)随机提供,在导电沟道的作用下,MOS管即刻产生不受控的巨大漏极电流ID,引起MOS管烧坏。为了避免此现象产生,在MOS管的栅极对源极并接一只泄放电阻R1,如图2-5-B所示,关机后栅极存储的电荷通过R1迅速释放,此电阻的阻值不可太大,以保证电荷的迅速释放,一般在5K~数10K左右。$ x/ a! I8 y% `' |, T. g4 {& k
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/ U2 Z% B2 p$ L) r6 }/ A* `8 A图2-5-A 图2-5-B
* {8 T; w5 z1 p$ }( k2 p) m6 c灌流电路主要是针对MOS管在作为开关管运用时其容性的输入特性,引起“开”、“关”动作滞后而设置的电路,当MOS管作为其他用途;例如线性放大等应用,就没有必要设置灌流电路。
; D9 Y( n9 p0 l3 G$ A3 F三、大功率MOS管开关电路。实例应用电路分析! J$ u, ^/ I- s2 c, X
初步的了解了以上的关于MOS管的一些知识后,一般的就可以简单的分析,采用MOS管开关电源的电路了。+ m6 |0 S- G. y( Z( x2 I& d
1、 三星samsung等离子V2屏开关电源PFC部分激励电路分析;
9 V+ d+ Y- W8 q1 Z$ _图3-1所示是三星samsungV2屏开关电源,PFC电源部分电原理图,图3-2所示是其等效电路框图。) V$ o) |2 _9 A
8 p( @ S) x2 B* q, d, N+ k2 v& \- ?图3-13 t6 I) E7 w$ {9 z. `( _1 K- m
* m1 P# d I: p7 s8 E2 ~图3-29 Q8 N5 h) U. y) l w4 \
图3-1所示; 是三星samsungV2屏等离子开关电源的PFC激励部分。从图中可以看出;这是一个并联开关电源L1是储能电感,D10是这个开关电源的整流二极管,Q1、Q2是开关管,为了保证PFC开关电源有足够的功率输出,采用了两只MOS管Q1、Q2并联应用(图3-2所示;是该并联开关电源等效电路图,图中可以看出该并联开关电源是加在整流桥堆和滤波电容C5之间的),图中Q3、Q4是灌流激励管,Q3、Q4的基极输入开关激励信号, VCC-S-R是Q3、Q4的VCC供电(22.5V)。两只开关管Q1、Q2的栅极分别有各自的充电限流电阻和放电二极管,R16是Q2的在激烈信号为正半周时的对Q2栅极等效电容充电的限流电阻,D7是Q2在激烈信号为负半周时的Q2栅极等效电容放电的放电二极管,同样R14、D6则是Q1的充电限流电阻和放电的放电二极管。R17和R18是Q1和Q2的关机栅极电荷泄放电阻。D9是开机瞬间浪涌电流分流二极管。$ N }; g# g, h( S) O: a
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; s% ]6 X0 g. }! M" V7 X: o: ~+ W2 I2、 三星samsung等离子V4屏开关电源PFC部分激励电路分析;$ h' J" Y+ L. e5 N
图3-3所示;是三星samsungV4屏开关电源PFC激励部分电原理图,可以看出该V4屏电路激励部分原理相同于V2屏。只是在每一只大功率MOS开关管的栅极泄放电阻(R209、R206)上又并联了过压保护二极管;ZD202、ZD201及ZD204、ZD203 O; i. N) \* |+ o! D* U8 H
: n3 U+ A; j) Y9 @1 s( j9 X图3-3
& K; C2 B* j @: j* y o$ T- q3、 海信hisense液晶开关电源PFC部分激励电路分析,图3-4所示;
; C/ x$ w8 q7 N, I海信hisense液晶电视32寸~46寸均采用该开关电源,电源采用了复合集成电路SMA—E1017(PFC和PWM共用一块复合激励集成电路),同样该PFC开关电源部分也是一个并联的开关电源,图3-4所示。TE001是储能电感、DE004是开关电源的整流管、QE001、QE002是两只并联的大功率MOS开关管。该集成电路的PFCOUTPUT端子是激励输出,,RE008、RE009、RE010、VE001、DE002、RE011、DE003组成QE001和QE002的灌流电路。3 R& s# s+ B9 m2 |7 I I
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