分立元件在開關(guān)電源中的應(yīng)用

1、分立元件在開關(guān)電源中的應(yīng)用電源有如人體的心臟，是所有電子設(shè)備的動(dòng)力。但電源的形式不象心臟那樣形式單 因?yàn)闃?biāo)志電源特性的參數(shù)有功率，電壓，頻率，噪聲及帶負(fù)載是參數(shù)的變化，在同意參數(shù)要 求的情況下，又有體積，重量，形態(tài)，效率，可靠性等指標(biāo)，人可以按此去設(shè)計(jì)自己需要的 電源。一般電力（如市電）要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后才能符合使用，轉(zhuǎn)換的例子有：交流轉(zhuǎn)換成直流， 用于各種低壓電子設(shè)備，高壓轉(zhuǎn)換成低壓，用于配電輸送，直流轉(zhuǎn)換成交流，用于便捷式產(chǎn) 品當(dāng)中等。這一過(guò)程有人形象的說(shuō)成：粗電“煉”為精電，只有精電才好使用。在這個(gè)過(guò)程 中，我們的電源轉(zhuǎn)換器就是“煉爐” 。按照一般的習(xí)慣，我們將電源分成以下：AC-DC（交流

2、轉(zhuǎn)直流）變換器，DC-DC（直流轉(zhuǎn)直流）變換器以及 DC-AC （直流轉(zhuǎn)交流）逆變器。為了達(dá)到這些目的，實(shí)現(xiàn)的手段是多樣的。在AC-DC變換中，有線性電源（Lin ear），充電器（Charger），電源適配器（Adapter），普通的開關(guān)電源（SMPS等形式出現(xiàn)；DC-DC變換中，有開關(guān)電源（ SMPS,普通穩(wěn)壓器（Regulator ），低壓差穩(wěn)壓器（LDO，開關(guān)穩(wěn)壓器（Switching regulator ）;在 DC-AC變換 中，有 UPS/EPS 變頻器（Inverterfor motor），高壓條（Inverter for CCFLbacklight）.不管電源以何種形式出現(xiàn)，

3、都需要五個(gè)功能部分，輸入電容，輸出電容，開關(guān)管，整流管和 功率變換部分（變壓器或者是電感）。而開關(guān)管和整流管都是以功率半導(dǎo)體的形式來(lái)出現(xiàn)的，下面我將詳細(xì)闡述功率半導(dǎo)體元件在開關(guān)電源中的應(yīng)用。在開關(guān)電源中，需要用到的分立元件有二極管（diode）,以肖特基（Schottky）, 快恢復(fù)二極管（Fast recovery diode）,穩(wěn)壓管（Zener Diode ）為常用件。作為功率部分的開關(guān)管以MOS-FET和功率三極管，IGBT等為主導(dǎo)。另外還需要一些小信號(hào)的二極管，三極管做 信號(hào)處理，晶閘管（Thyristor），可控硅（Triac） 等作為AC-DC部分中的的啟動(dòng)電路等。為了幫助各位更

4、進(jìn)一步的了解這些元件在電路中的作用和客戶所關(guān)心的元件的性能，下面將介紹 市場(chǎng)上面最常用的開關(guān)電源中所使用到的分立元件的情況。AC-DC變換中開關(guān)電源案例75W以上，200W以下典型的開關(guān)電源電路(Above 75 Watts,below 200 Watts, typicalschematic diagram of SMPS (Switchi ng Mode Power Supply)In verterRFC diode叭D&mperdiode-ggIAAdorlioivtild eflec t I on circ uit該電路主要是應(yīng)用在 20英寸以上的LCD-TV或者是一些通訊設(shè)備當(dāng)中，滿足

5、系統(tǒng)復(fù)雜的電源系統(tǒng)的要求，一次電源的多路輸出簡(jiǎn)化了主板上面對(duì)多種電壓的要求，從而降小了系統(tǒng) 主板上面的體積，降低了主板上面的電源成本等。從上面的電路中，我們先分析一下電源的 要求：輸入電壓：85-265Vac （ 全球通用范圍）輸出電壓：5V2.3A, 8V1A, 25V0.12A, +15V1A,-15V1A， in verter部分輸入功率輸出功率：現(xiàn)在對(duì)上面的電路進(jìn)行解剖，分析那些部分需要用到功率半導(dǎo)體元件：輸入整流部分：主要是使用橋堆，小功率（20W以下）的使用4pcs二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)居多，比如可以使用 ROHh公司的1SR139-600，市場(chǎng)常用型號(hào)為 1N4007功率因數(shù)校正（PFC

6、部分：主要由一個(gè) PFC控制芯片，1pcs MOS-FET, 1pcs Diode 和一個(gè)功率電感組成，在PFC控制芯片方面INFINEON有TDA4863可以實(shí)現(xiàn)，MOS-FET主要是采 用漏源擊穿電壓（Vds）為600V之系列，漏極電流（I d）的大小由開關(guān)電源的輸出功率來(lái)決定， 一般是3A以上，主要原因是帶 PFC電路的開關(guān)電源的輸出功率都在75W以上，因?yàn)閲?guó)家相關(guān)法律規(guī)定 75W以下的可以不帶 PFC 比如INFINEON的 SPP07N60C3, ROHM司的RDX045N60 RDX06N6C和RDX100N6C等。同時(shí)還需要一個(gè)快恢復(fù)的開關(guān)二極管，這個(gè)二極管的要求主要是對(duì)反向擊穿

7、電壓要求比較嚴(yán)格，很遺憾，目前ROHM沒(méi)有能夠做到反向擊穿電壓能夠達(dá)到600V的，目前只有400V,所以不能滿足PFC部分整流, 產(chǎn)品線的同時(shí)，PHILIPS有比較多的此類產(chǎn)品。功率開關(guān)部分：這部分電路主要包括兩部分， 比如MOS-FET IGBT等。針對(duì)功率開關(guān)電路部分,如果客戶有相關(guān)需要， 可以找我們PHILIPS一是PWM控制部分，另外就是功率半導(dǎo)體，有一些廠家將PWM控制部分與開關(guān)管集成在一個(gè)IC上面，比如INFINEON公司有ICE3AXXX系列，PHILIPS TEA152X系列產(chǎn)品，這些主 要是針對(duì)小功率電源。一般情況下，只要電源的輸出功率超過(guò)40W，很少?gòu)S家會(huì)采用前面這種PWM

8、與 MOS-FE集成在一體的芯片，盡管很多公司有很多此類產(chǎn)品e.g. ICE3A3065P (62W).主要原因是散熱條件不好，不便于產(chǎn)品增加輸出功率要求，另外就是價(jià)格高。所以在這里我 主要討論P(yáng)WM芯片外置MOS-FET勺形式去實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)。首先我們要稍微了解一下PWM芯片的類型：反激式/正激式控制芯片(中小功率)，半橋/推挽控制芯片(中功率)，全橋控制芯片(大功率)三大類，在我們上面的圖中，可以很 明顯的看出他的PWM需要一個(gè)能夠支持反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制芯片，比如INFINEON的TDA4863 PHILIPS的TEA1506等就可以實(shí)現(xiàn)。這些芯片有一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是它在實(shí)現(xiàn) 功率變換的

9、情況下只需要一個(gè)MOS-FET而半橋電路，推挽電路需要2pcs,全橋則需要4pcs,為了方便各位更好的了解這些電路對(duì)MOS-FET的具體要求，請(qǐng)參考下表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MOS-FET數(shù) 量VdsId反激式/正激式12*Vi nIp半橋2VinIp推挽22*Vi n1/2 Ip全橋4Vin1/2 IpVin是指最大輸入直流電壓通過(guò)上面這個(gè)表格，我們就可以在 ROHM/INFINEON/PHILIPS的產(chǎn)品中選擇好相關(guān)的參數(shù) 的產(chǎn)品推廣給我們客戶。整流(Rectifier )部分：傳統(tǒng)的整流方式還是利用二極管的正向?qū)?，反向截止的特性?lái)實(shí)現(xiàn)。就想我們上面的圖中所表示的一樣。每路輸出都有變壓器的一個(gè)繞組，再

10、由一個(gè) 二極管整流，濾波之后得到相應(yīng)的直流輸出電壓。因此，我們?cè)诤涂蛻魷贤ǖ臅r(shí)候，不僅需 要了解客戶所設(shè)計(jì)電源的功率大小，還需要了解客戶所設(shè)計(jì)的電源的每路輸出情況。比如客 戶需要做一個(gè)兩路輸出的電源，分別為5V10A和12V2.5A，這樣我們可以找兩個(gè)相應(yīng)的整流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)客戶的要求，針對(duì) 5V10A這組電源，我們可以推廣ROHM公司的 RT215T-40(20A45V)或者 RT225T-60( 30A60V)等，針對(duì) 12V2.5A 這組，我們可以推廣 RT095T-90(6A100V) 或RT085T-90 (10A100V)等，一般選擇二極管的規(guī)律就是二極管的反向電壓為輸出電壓的5倍以上，正向?qū)娏鳛檩敵鲭娏鞯?倍以上就比較合適。另外針對(duì)現(xiàn)在很多系統(tǒng)需要低壓大電流的電壓來(lái)供電，很多客戶會(huì)在輸出部分采