反向重复峰值电压URRM.ppt

第三第三讲讲 几种常用的功率器件（几种常用的功率器件（电电力力半半导导体）及其体）及其应应用用3.1 普通晶普通晶闸闸管管普普通通晶晶闸闸管管（又又称称可可控控硅硅）是是一一种种大大功功率率半半导导体体器器件件，主主要要用用于于大大功功率率的的交交直直流流变变换换、调调压压等等。晶晶闸闸管管三三个个电电极极分分别别用字母用字母A(表示阳极表示阳极)、K（表示阴极）、（表示阴极）、G（表示（表示门门极）。极）。退出退出1.1晶晶闸闸管的伏安特性管的伏安特性 晶晶闸闸管管的的伏伏安安特特性性如如图图2.7.1所所示示。它它表表示示晶晶闸闸管管的的阳阳极极与与阴阴极极间间的的电电压压和和它它的的阳阳极极电电流流之之间间的的关关系系。通通过过特特性性曲曲线线，可可得得出出晶晶闸闸管管导导通和关断的下列通和关断的下列结论结论。在在正正常常情情况况下下，晶晶闸闸管管导导通通的的必要条件有两个，缺一不可：必要条件有两个，缺一不可：（1）晶晶闸闸管管承承受受正正向向电电压压（阳极（阳极电电位高于阴极位高于阴极电电位）。位）。（2）加加上上适适当当的的正正向向门门极极电电压压（门门极极电电位高于阴极位高于阴极电电位）。位）。晶晶闸闸管管一一旦旦导导通通，门门极极就就失失去去了了控控制制作作用用。正正因因为为如如此此，晶晶闸闸管管的的门门极极控控制制信信号号只只要要是是正正向向脉脉冲冲电电压压就就可可以以了了，称称之之为为触触发电压发电压或触或触发发脉冲。脉冲。退出退出2.要要使使晶晶闸闸管管关关断断，必必须须去去掉掉阳阳极极正正向向电电压压，或或者者给给阳阳极极加加反反向向电电压压，或或者者降降低低正正向向阳阳极极电电压压，这这样样就就使使通通过过晶晶闸闸管管的的电电流流降降低低到到一一定定数数值值以下。能保持晶以下。能保持晶闸闸管管导导通的最小通的最小电电流，称流，称为维为维持持电电流。流。当当门门极极没没有有加加正正向向触触发发电电压压时时，晶晶体体管管即即使使阳阳极极和和阴阴极极之之间间加加上上正正向向电压电压，一般是不会，一般是不会导导通的。通的。2晶晶闸闸管的主要参数管的主要参数（1）断断态态重重复复峰峰值值电电压压UDRM。指指在在门门极极开开路路而而器器件件的的结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在在器器件件上上的的正正向向峰峰值值电电压压。若若加加在在管管子子上上的的电电压压大于大于UDRM，管子可能会失控而自行，管子可能会失控而自行导导通。通。（2）反反向向重重复复峰峰值值电电压压 URRM。指指门门极极开开路路而而结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在在器器件件上上的的反反向向峰峰值值电电压压。当当加加在在管管子子上上反反向向电电压压大大于于URRM时时，管子可能会被，管子可能会被击击穿而穿而损损坏。坏。通通常常把把UDRM和和URRM中中较较小小的的那那个个数数值值标标作作晶晶闸闸管管型型号号上上的的额额定定电电压压。在在选选用用管管子子时时，额额定定电电压压应应为为正正常常工工作作峰峰值值电电压压的的23倍倍，以以保整保整电电路的工作安全。路的工作安全。退出退出3.（3）额额定定正正向向平平均均电电流流 IF。其其定定义义和和二二极极管管的的额额定定整整流流电电流流意意义义相相同同。要要注注意意的的是是若若晶晶闸闸管管的的导导通通时时间间远远小小于于正正弦弦波波的的半半个个周周期期，即即使使IF值值没没超超过过额额定定值值，但但峰峰值值电电流流将将非非常常大大，以以致致可可能能超超过过管管子子所能提供的极限。所能提供的极限。（4）正正向向平平均均管管压压降降UF。指指在在规规定定的的工工作作温温度度条条件件下下，使使晶晶闸闸管管导导通的正弦波半个周期内通的正弦波半个周期内UAK的平均的平均值值，一般在，一般在0.41.2V。（5）维维持持电电流流IH。指指在在常常温温门门极极开开路路时时，晶晶闸闸管管从从较较大大的的通通态态电电流流降降到到刚刚好好能能保保持持通通态态所所需需要要的的最最小小通通态态电电流流。一一般般IH值值从从几几十十到到几百毫安，几百毫安，视视晶晶闸闸管管电电流容量大小而定。流容量大小而定。（6）门门极极触触发发电电流流IG。在在常常温温下下，阳阳极极电电压压为为6V时时，使使晶晶闸闸管管能能完全完全导导通所需的通所需的门门极极电电流，一般流，一般为为毫安毫安级级。（7）门门极极触触发发电电压压UG。产产生生门门极极触触发发电电流流所所必必须须的的最最小小门门极极电电压压，一般一般为为5V左右。左右。退出退出4.（9）通通态态电电流流临临界界上上升升率率 。在在规规定定条条件件下下，晶晶闸闸管管能能承承受受的的最最大大通通态态电电流流上上升升率率。若若晶晶闸闸管管导导通通电电流流上上升升太太快快，则则会会在在晶晶闸闸管管刚刚开开通通时时，有有很很大大的的电电流流集集中中在在门门极极附附近近的的小小区区域域内内，从从而而造造成成局部局部过热过热而而损损坏晶坏晶闸闸管。管。3晶晶闸闸管的正确使用管的正确使用（1）管管脚脚的的判判别别。用用万万用用表表R100W W档档，分分别别测测量量各各管管脚脚间间的的正正、反反向向电电阻阻。因因为为只只有有门门极极G与与阴阴极极K之之间间正正向向电电阻阻较较小小，而而其其他他均均为为高高阻阻状状态态，故故一一旦旦测测出出两两管管脚脚间间呈呈低低阻阻状状态态，则则黑黑表表笔笔所所接接为为门门极极G，红红表笔所接表笔所接为为阴极阴极K，另一端，另一端为为阳极阳极A。（8）断断态态电电压压临临界界上上升升率率 。在在额额定定结结温温和和门门极极开开路路的的情情况况下下，不不导导致致晶晶闸闸管管从从断断态态到到通通态态转转换换的的最最大大正正向向电电压压上上升升率率。一一般般为为每微秒几十伏。每微秒几十伏。退出退出5.（3）晶晶闸闸管管额额定定电电压压的的选选择择。晶晶闸闸管管实实际际工工作作时时承承受受的的正正常常峰峰值值电电压压应应低低于于正正、反反向向重重复复峰峰值值电电压压UDRM和和URRM，并并留留有有2倍倍的的额额定定电压值电压值的余量，的余量，还应还应有可靠的有可靠的过电压过电压保保护护措施。措施。（4）晶晶闸闸管管额额定定电电流流的的选选择择。晶晶闸闸管管实实际际工工作作通通过过的的最最大大平平均均电电流流应应低低于于额额定定通通态态平平均均电电流流ITa，并并应应根根据据电电流流波波形形的的变变化化进进行行相相应应换换算，算，还应还应有有1.5倍的余量及倍的余量及过电过电流保流保护护措施。措施。（5）关关于于门门极极触触发发电电压压和和电电流流的的考考虑虑。晶晶闸闸管管实实际际触触发发电电压压和和电电流流应应大大于于晶晶闸闸管管参参数数UGT和和IGT，以以保保证证晶晶闸闸管管可可靠靠地地被被触触发发，但但也也不能超不能超过过允允许许的极限的极限值值。（2）管管子子质质量量的的判判别别。用用万万用用表表R100W W档档，若若测测的的以以下下情情况况之之一一，则则说说明明管管子子是是坏坏的的。任任两两极极间间正正反反向向电电阻阻均均为为零零。A、K间间正正向向电电阻阻为为低低阻阻（注注意意：测测量量过过程程中中黑黑表表笔笔不不要要接接触触G极极）。各极之各极之间间均均为为高高电电阻。阻。退出退出6.4.应应用用电电路路 退出退出7.3.2 双向晶双向晶闸闸管管 就就其其功功能能来来说说，双双向向晶晶闸闸管管可可以以被被认认为为是是一一对对反反并并联联连连接接的的单单向向普普通通晶晶闸闸管管。它它和和单单向向晶晶闸闸管管的的区区别别是是：第第一一，它它在在触触发发之之后后是是双双向向导导通通的的；第第二二，在在门门极极中中所所加加的的触触发发信信号号不不管管是是正正的的还还是是负负的的都都可以使双向晶可以使双向晶闸闸管管导导通。通。1双向晶双向晶闸闸管的特性管的特性 退出退出8.（1）第第一一象象限限触触发发MT2+、G+。即相对于电极MT1、MT2的电压为正；门极G的触发电流为正。（2）第第二二象象限限触触发发MT2+、G。即相对于电极MT1、MT2 的电压为正；门极G的触发电流为负。（3）第第三三象象限限触触发发 MT2、G。即相对于电极MT1、MT2的电压为负；门极G的触发电流为负。（4）第第四四象象限限触触发发 MT2、G+。即相对于电极MT1、MT2 的电压为负；门极G的触发电流为正。双向晶闸管的最高触发灵敏度在第第一一、三三象象限限，而在第二、四象限比较差。故在实际应用中常采用第一、第三象限触发方式。2.应应用用电电路路 双向晶闸管主要用于电机控制、电磁阀控制、调温及调光控制等方面。退出退出9.光敏光敏电电阻阻应应用用电电路：光控路：光控闪烁闪烁安全警示灯安全警示灯当触当触发发二极管二极管导导通通时时，电电容通容通过过R2放放电电，可控硅再次截止；，可控硅再次截止；电电容又被充容又被充电电，等等。，等等。退出退出10.可控硅器件的接口可控硅器件的接口 退出退出11.3.3 功率功率场场效效应应管管 功功率率场场效效应应管管（MOSFET）是是20世世纪纪70年年代代中中期期发发展展起起来来的的新新型型半半导导体体电电力力电电子子器器件件。同同双双极极型型晶晶体体管管相相比比，功功率率MOSFET具具有有开开关关速速度度快快、损损耗耗低低、驱驱动动电电流流小小、无无二二次次击击穿穿现现象象等等优优点点。目目前前功功率率MOSFET越越来来越越受受到到人人们们的的重重视视，广广泛泛应应用于高用于高频电频电源源变换变换、电电机机调调速、高速、高频频感感应应加加热热等等领领域。域。退出退出12.1功率功率MOSFET的基本特点的基本特点（1）开开关关速速度度高高。功功率率MOSFET是是一一种种单单极极型型导导电电器器件件，无无固固有有存存储储时时间间，其其开开关关速速度度仅仅取取决决于于极极间间寄寄生生电电容容，故故开开关关时时间间很很短短（小于（小于50100ns），因而具有更高的工作），因而具有更高的工作频频率（率（100kHz以上）。以上）。（2）驱驱动动功功率率小小。功功率率MOSFET是是一一种种电电压压型型控控制制器器件件，既既通通、断断均均由由栅栅源源电电压压控控制制。由由于于栅栅极极与与器器件件主主体体是是电电隔隔离离的的，故故功功率率增增益高，所需的益高，所需的驱动驱动功率极小，功率极小，驱动电驱动电路路简单简单。（3）安安全全工工作作区区域域宽宽。功功率率MOSFET无无二二次次击击穿穿现现象象，因因此此功功率率MOSFET较较同功率等同功率等级级的的GTR安全工作区安全工作区宽宽，更，更稳稳定耐用。定耐用。（4）过载过载能力能力强强。短短时过载电时过载电流一般流一般为额为额定定值值的的4倍。倍。（5）抗干）抗干扰扰能力能力强强。功率功率MOSFET的开启的开启电压电压一般一般为为26V。（6）并并联联容容易易。功功率率MOSFET的的通通态态电电阻阻具具有有正正温温度度系系数数（即即通通态电态电阻阻值值随随结结温升高而增加），因而在多管并温升高而增加），因而在多管并联时联时易于均流。易于均流。退出退出13.2功率功率MOSFET的主要参数的主要参数（1）漏漏极极额额定定电电流流ID。指指漏漏极极允允许许连连续续通通过过的的最最大大电电流流，在在选选择择器器件件时时要要考考虑虑充充分分的的余余量量，以以防防止止器器件件在在温温度度升升高高时时漏漏极极额额定定电电流流降降低而低而损损坏器件。坏器件。（2）通通态态电电阻阻RDS(ON)。它它是是功功率率MOSFET导导通通时时漏漏源源电电压压与与漏漏极极电电流流的的比比值值。通通态态电电阻阻越越大大耗耗散散功功率率越越大大，越越容容易易损损坏坏器器件件。通通态态电电阻阻与与栅栅源源电电压压有有关关，随随着着栅栅源源电电压压的的升升高高通通态态电电阻阻值值将将减减少少。这这样样似似乎乎栅栅源源电电压压越越高高越越好好，但但过过高高的的栅栅源源电电压压会会延延缓缓MOSFET的的开开通和关断通和关断时间时间，故一般，故一般选择栅选择栅源源电压为电压为12V。（3）阀阀值值电电压压UGS(th)。指指漏漏极极流流过过一一个个特特定定量量的的电电流流所所需需的的最最小小栅栅源源控控制制电电压压。有有人人认认为为阀阀值值电电压压UGS(th)小小一一点点好好，这这样样功功率率MOSFET可可以以用用CMOS或或TTL等等低低电电压压电电路路驱驱动动。但但是是太太小小的的阀阀值值电电压压抗抗干干扰扰能能力力差差，驱驱动动信信号号的的噪噪声声干干扰扰会会引引起起MOSFET的的误误导导通通，影响它的正常工作。影响它的正常工作。退出退出14.（4）漏漏源源击击穿穿电电压压U(BR)DSS。漏漏源源击击穿穿电电压压U(BR)DSS是是在在UGS=0时时漏漏极极和和源源极极所所能能承承受受的的最最大大电电压压。功功率率MOSFET在在工工作作时时绝绝对对不不能能超超过这过这个个电压电压。（5）最最大大耗耗散散功功率率PD。它它表表示示器器件件所所能能承承受受的的最最大大发发热热功功率率。一一般手册中般手册中给给出的是出的是TC=25时时的最大耗散功率。的最大耗散功率。（6）开开关关时时间间。td(ON)为为开开通通延延时时时时间间，tr为为开开通通上上升升时时间间，td(OFF)为为关关断断延延时时时时间间，tf为为下下降降时时间间。其其中中tON=td(ON)+tr称称开开通通时时间间，tOFF=td(OFF)+tf称称关关断断时时间间。这这些些都都是是表表示示MOSFET开开关关速速度度的的参参数数，对对功率开关器件来功率开关器件来说说是非常重要的。是非常重要的。3.应应用用电电路路 退出退出15.第四第四讲讲 模模拟拟集成集成电电路及其路及其应应用用1.1 集成运算放大器集成运算放大器集集成成运运算算放放大大器器是是一一种种高高放放大大倍倍数数的的直直接接耦耦合合放放大大器器。在在该该集集成成电电路路的的输输入入与与输输出出之之间间接接入入不不同同的的反反馈馈网网络络，可可实实现现不不同同用用途途的的电电路路，例例如如利利用用集集成成运运算算放放大大器器可可非非常常方方便便的的完完成成信信号号放放大大、信信号号运运算算（加加、减减、乘乘、除除、对对数数、反反对对数数、平平方方、开开方方等等）、信信号号的的处处理理（滤滤波波、调调制制）以以及及波波形形的的产产生生和和变变换换。集集成运算放大器的种成运算放大器的种类类非常多，可适用于不同的非常多，可适用于不同的场场合。合。集成运算放大器可分集成运算放大器可分为为如下几如下几类类。退出退出16.退出退出17.1通用型运算放大器通用型运算放大器通通用用型型运运算算放放大大器器就就是是以以通通用用为为目目的的而而设设计计的的。这这类类器器件件的的主主要要特特点点是是价价格格低低廉廉、产产品品量量大大面面广广，其其性性能能指指标标能能适适合合于于一一般般性性使使用用。例例m mA741（单单运运放放）、LM358（双双运运放放）、LM324（四四运运放放）及及以以场场效效应应管管为为输输入入级级的的LF356都都属属于于此此种种。它它们们是是目目前前应应用用最最为为广广泛泛的集成运算放大器。的集成运算放大器。2高阻型运算放大器高阻型运算放大器这这类类集集成成运运算算放放大大器器的的特特点点是是差差模模输输入入阻阻抗抗非非常常高高，输输入入偏偏置置电电流流非非常常小小，一一般般rid（1091012）W W，IIB为为几几皮皮安安到到几几十十皮皮安安。实实现现这这些些指指标标的的主主要要措措施施是是利利用用场场效效应应管管高高输输入入阻阻抗抗的的特特点点，用用场场效效应应管管组组成成运运算算放放大大器器的的差差分分输输入入级级。用用FET作作输输入入级级，不不仅仅输输入入阻阻抗抗高高，输输入入偏偏置置电电流流低低，而而且且具具有有高高速速、宽宽带带和和低低噪噪声声等等优优点点，但但输输入入失失调调电电压压较较大大。常常见见的的集集成成器器件件有有LF356、LF355、LF347（四四运运放放）及更高及更高输输入阻抗的入阻抗的CA3130、CA3140等。等。退出退出18.3低温漂型运算放大器低温漂型运算放大器在在精精密密仪仪器器、弱弱信信号号检检测测等等自自动动控控制制仪仪表表中中，总总是是希希望望运运算算放放大大器器的的失失调调电电压压要要小小且且不不随随温温度度的的变变化化而而变变化化。低低温温漂漂型型运运算算放放大大器器就就是是为为此此而而设设计计的的。目目前前常常用用的的高高精精度度、低低温温漂漂运运算算放放大大器器有有OP-07、OP-27、AD508及及由由MOSFET组组成成的的斩斩波波稳稳零零型型低低漂漂移移器器件件ICL7650等。等。4高速型运算放大器高速型运算放大器在在快快速速A/D和和D/A转转换换器器、视视频频放放大大器器中中，要要求求集集成成运运算算放放大大器器的的转转换换速速率率SR一一定定要要高高，单单位位增增益益带带宽宽BWG一一定定要要足足够够大大，像像通通用用型型集集成成运运放放是是不不能能适适合合于于高高速速应应用用的的场场合合的的。高高速速型型运运算算放放大大器器主主要要特特点点是是具具有有高高的的转转换换速速率率和和宽宽的的频频率率响响应应。常常见见的的运运放放有有LM318、m mA715等，其等，其SR=5070V/m ms，BWG20MHz。退出退出19.5低功耗型运算放大器低功耗型运算放大器由由于于电电子子电电路路集集成成化化的的最最大大优优点点是是能能使使复复杂杂电电路路小小型型轻轻便便，所所以以随随着着便便携携式式仪仪器器应应用用范范围围的的扩扩大大，必必须须使使用用低低电电源源电电压压供供电电、低低功功率率消消耗耗的的运运算算放放大大器器相相适适用用。常常用用的的运运算算放放大大器器有有TL-022C、TL-060C等等，其其工工作作电电压压为为2V18V，消消耗耗电电流流为为50250m mA。目目前前有有的的产产品品功功耗耗已已达达微微瓦瓦级级，例例如如ICL7600的的供供电电电电源源为为1.5V，功功耗耗为为10m mW，可采用，可采用单节电单节电池供池供电电。6高高压压大功率型运算放大器大功率型运算放大器运运算算放放大大器器的的输输出出电电压压主主要要受受供供电电电电源源的的限限制制。在在普普通通的的运运算算放放大大器器中中，输输出出电电压压的的最最大大值值一一般般仅仅几几十十伏伏，输输出出电电流流仅仅几几十十毫毫安安。若若要要提提高高输输出出电电压压或或增增大大输输出出电电流流，集集成成运运放放外外部部必必须须要要加加辅辅助助电电路路。高高压压大大电电流流集集成成运运算算放放大大器器外外部部不不需需附附加加任任何何电电路路，即即可可输输出出高高电电压压和和大大电电流流。例例如如D41集集成成运运放放的的电电源源电电压压可可达达150V，m mA791集集成成运放的运放的输输出出电电流可达流可达1A。退出退出20.1.1.1 集成运算放大器的使用要点1集成运放的集成运放的电电源供源供给给方式方式集集成成运运放放有有两两个个电电源源接接线线端端+VCC和和-VEE，但但有有不不同同的的电电源源供供给给方方式式。对对于不同的于不同的电电源供源供给给方式，方式，对输对输入信号的要求是不同的。入信号的要求是不同的。（1）对对称双称双电电源供源供电电方式方式运运算算放放大大器器多多采采用用这这种种方方式式供供电电。相相对对于于公公共共端端（地地）的的正正电电源源（+E）与与负负电电源源（-E）分分别别接接于于运运放放的的+VCC和和-VEE管管脚脚上上。在在这这种种方方式式下下，可可把把信信号号源源直直接接接接到到运运放放的的输输入入脚脚上上，而而输输出出电电压压的的振振幅可达正幅可达正负对负对称称电电源源电压电压。（2）单电单电源供源供电电方式方式单单电电源源供供电电是是将将运运放放的的-VEE管管脚脚连连接接到到地地上上。此此时时为为了了保保证证运运放放内内部部单单元元电电路路具具有有合合适适的的静静态态工工作作点点，在在运运放放输输入入端端一一定定要要加加入入一一直直流流电电位位，如如图图3.2.1所所示示。此此时时运运放放的的输输出出是是在在某某一一直直流流电电位位基基础础上上随随输输入入信信号号变变化化。对对于于图图3.2.1交交流流放放大大器器，静静态态时时，运运算算放放大大器器的的输输出出电电压压近近似似为为VCC/2，为为了了隔隔离离掉掉输输出出中中的的直直流流成成分分接接入入电电容容C3。退出退出21.2集成运放的集成运放的调调零零问题问题由由于于集集成成运运放放的的输输入入失失调调电电压压和和输输入入失失调调电电流流的的影影响响，当当运运算算放放大大器器组组成成的的线线性性电电路路输输入入信信号号为为零零时时，输输出出往往往往不不等等于于零零。为为了了提提高高电电路路的的运运算算精精度度，要要求求对对失失调调电电压压和和失失调调电电流流造造成成的的误误差差进进行行补补偿偿，这这就就是是运运算算放放大大器器的的调调零零。常常用用的的调调零零方方法法有有内内部部调调零零和和外外部部调调零零，而而对对于于没没有有内内部部调调零零端端子子的的集集成成运运放放，要要采采用用外外部部调调零零方方法法。下下面面以以m mA741为为例例，图图3.2.2给给出出了了常常用用调调零零电电路路。图图3.2.2(a)所所示示的的是是内内部部调调零零电电路；路；图图（b）是外部）是外部调调零零电电路。路。退出退出22.3集成运放的自激振集成运放的自激振荡问题荡问题运运算算放放大大器器是是一一个个高高放放大大倍倍数数的的多多级级放放大大器器，在在接接成成深深度度负负反反馈馈条条件件下下，很很容容易易产产生生自自激激振振荡荡。为为使使放放大大器器能能稳稳定定的的工工作作，就就需需外外加加一一定定的的频频率率补补偿偿网网络络，以以消消除除自自激激振振荡荡。图图3.2.3是是相相位位补偿补偿的使用的使用电电路。路。退出退出23.另另外外，防防止止通通过过电电源源内内阻阻造造成成低低频频振振荡荡或或高高频频振振荡荡的的措措施施是是在在集集成成运运放放的的正正、负负供供电电电电源源的的输输入入端端对对地地一一定定要要分分别别加加入入一一电电解解电电容容（10m mF）和和一一高高频频滤滤波波电电容容（0.01m mF0.1m mF）。如如图图3.2.3所示。所示。退出退出24.