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电源适配器工业的变化

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电源适配器工业的变化

在20世纪80年代末期,半导体设计师研发了绝缘栅双极型晶体管该管是将一个小型容易驱动的 MOSFET和一个双极型功率晶体管结合制成。这种结合的优点是两种开关管均有各自封装。在该管问世之初,由于大量拖尾电流的存在使得它并不适用于开关电源适配器中。通过不断的研究发展,IGBT的性能也逐渐完善,到20世纪90年代中期,CBT在一些应用场合已经可以替代 MOSFET和双极型晶体管。
由于改善了GBT的驱动性能,并且它具有很小的导通损耗,在大电流和高电压应用场合,GBT成了双极型晶体管的最佳替代品。通过对开关速度、导通损耗和不平衡度等因素的折中考虑,对IGBT管进行优化,使它进入了高频高效电路领域,而在这些领域一直都是MOSFET处于主导地位。事实上,电源适配器工业在21世纪的发展趋势是IGBT逐渐取代 MOSFET,除了那些小电流应用场合。为了帮助大家理解那些均衡条件并帮助工程师选择应用合适的IGBT器件。

电源适配器工业的变化
目前,工作于高频高磁通密度下的低损耗磁性材料已经产生,提供电源适配器高频PWM波的芯片也已生产出来。随着变压器体积的减小和滤波电容的减小,现在电源适配器工业的发展重点在于生产工艺的完善,如表面贴装技术的发展。
谐振模式电路的出现,使得3A电源适配器业进入新的研发领域。尽管数年前,谐振模式电路工作在20~30kHz时就已使用晶闸管整流器,但是FT类高频器件的生产促进了新的谐振电路拓扑的研究,该拓扑的工作频率达03MHa,甚至可高达5MHz。

电源适配器工业的变化对新电路设计的影响
在电源适配器低频电路中,寄生因素的影响可被忽略,但在高频电路中需要仔细考虑这些因素。在高频电路中,变压器线圈的集肤效应和临近效应损耗在变压器总损耗中占据很大的比例。在电路中电流上升的越快,电感电压即Ldi/dt的对地峰值越高,输电线路更易受到干扰,因此,我们要重视电路布线,降低输电线路的寄生电感,并在电路的关键点对寄生电容进行解耦。
尽管 MOSFET和GBT现已开发出很多新特性,但是电源适配器工程师只要熟悉那些开关管的般性能,就可以很快设计出一个使用 MOSFET和IGBT的电路。 MOSFET内部的固态物理结构决定了它的性能,但那不是工程师要考虑的问题,也不是本书的重点。
工程师非常关心开关管的功能特性,如直流伏安特性、端子电容、温度特性、开关速度等特性,它们都是电路设计时要考虑的因素。而逆变电路拓扑使用 MOSFET和IGBT作为开关管可以大大简化电路。
MOSFET和GBT的门极由完全绝缘氧化层构成,因此门极输入阻抗很高。对于小功率12W充电器MOSFET和IGBT的门极驱动电路比前面章节讨论的双极型晶体管的门极驱动电路简单很多。大功率器件的门极有效电容会很大, MOSFET的门极有效电容达mF级,而IGBT最大约为1nF。因此有必要为大功率器件设计专门的驱动电路。 MOSFET门极没有存储时间,复杂的贝克钳位电路和比例基极驱动电路都不适于作为它的驱动电路,问题就在于 MOSFET没有增益再生传播的优点,而双极性晶体管具有这个特点。
在MOSFET关断的暂态过程中,下降的开关电流和上升的开关管电压的重叠区发生在很小的开关电流下,这样减小了电压电流重叠区的面积,进而减小了交流开关损耗。这样就缓解了缓冲电路的介入,同时也简化了线性负载电路的设计。



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| 发布时间:2019.02.14    来源:电源适配器厂家
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