开关电源电子工业第2章

2.1原理2.2结构2.3电感2.4功率场效应管2.5双极型晶体管2.6IGBT2.7变压器第2章开关电源中的电力电子元器件及特性近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了电力电子器件的制造工艺的研究和发展，电力电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝多元化发展，性能也越来越改善。随着电力电子器件的发展，其特点也日益发生变化，主要体现在如下方面：1、器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例，采用双极型晶体管时，速度可以到几十千赫；使用MOSFET和IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振技术的开关电源，则可以达到兆赫以上。2、通态压降（正向压降）降低。这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件体积。3、电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。4、额定电压：耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，特别对电力系统，这显得非常重要。5、温度与功耗。这是一个综合性的参数，它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率器件的品质，二是改进控制技术来降低器件功耗，比如谐振式开关电源。电阻在电子电路中的作用相当广泛，它在电路中可以构成许许多多功能电路。电阻在电路中不仅可以单独使用，而且在更多的情况下是与其他元器件一起构成具有各种功能的电路。2.1.1电阻的基本知识1、定义所谓电阻就是能将电能转化为其他形式能量的二端元件，广义上讲就是导体对电流的阻碍作用，通常用符号“Ω”表示,单位为欧姆、千欧、兆欧等，为别用“Ω、KΩ、MΩ”表示。（2-1）369121k10,110,110,110MGT2.1电阻表2-1表示允许偏差的文字符号0.1%0.25%0.5%1%2%5%10%20%30%文字符号允许偏差BCDFGJKMN2.1电阻2、功能主要职能就是阻碍电流通过，应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻抗匹配等作用。2.1电阻3、主要性能指标1）标称阻值：电阻上面所标示的阻值。2）允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电阻的精度。允许误差与精度等级对应关系如下：、（或00）、（或0）、级、级、级。2.1电阻2.1电阻3）额定功率：在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为-55℃-+70℃的条件下，电阻长期工作所允许耗散的最大功率。线绕电阻额定功率系列为(W)：1/20、1/8.1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500。非线绕电阻额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100。2.1电阻4）额定电压：由阻值和额定功率换算出的电压。5）最高工作电压：允许的最大连续工作电压。在低气压工作时，最高工作电压较低。6）温度系数：温度每变化1℃所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的为正温度系数，反之为负温度系数。2.1电阻7）老化系数：电阻在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻寿命长短的参数。8）电压系数：在规定的电压范围内，电压每变化1伏，电阻的相对变化量。9）噪声：产生于电阻中的种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声两部分，热噪声是由于导体内部不规则的电了自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。2.1.2电阻的型号命名方法国产电阻的型号由四部分组成（不适用敏感电阻）：第一部分：主称，用字母表示，表示产品的名字。如R表示电阻，W表示电位器。第二部分：材料，用字母表示，表示电阻体用什么材料组成，T-碳膜、H-合成碳膜、S-有机实芯、N-无机实芯、J-金属膜、Y-氧化膜、C-沉积膜、I-玻璃釉膜、X-线绕等。2.1电阻2.1电阻第三部分：分类，一般用数字表示，个别类型用字母表示，表示产品属于什么类型。1-普通、2-普通、3-超高频、4-高阻、5-高温、6-精密、7-精密、8-高压、9-特殊、G-高功率、T-可调等。第四部分：序号，用数字表示，表示同类产品中不同品种，以区分产品的外型尺寸和性能指标等。2.1电阻2.1.3电阻阻值的标注方法1、直标法直接将电阻的阻值、材料、特性、误差和额定功率等标注在电阻体上。如图2-1所示，其允许偏差直接用百分数表示。RJ71-0.125-5.1KⅠ名称材料特征序号额定功率阻值误差图2-1电阻的直接法标注图2-1电阻的直接法标注命名含义：R-电阻器，J-金属膜，7-精密，1-序号，0.125-额定功率，5.1k-标称阻值，Ⅰ-误差5%。2.1电阻2、文字符号法文字符号法是用阿拉伯数字和文字符号两者有规律地组合来表示标称阻值，其允许偏差也用文字符号表示，如表2-1所示。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值，其文字符号如表2-2所示。2.1电阻表2-2表示电阻单位的文字符号3106109101210欧姆（千欧姆（兆欧姆（千兆欧姆（兆兆欧姆（文字符号所表示的单位R）K）M）G）T）2.1电阻3、数码法在电阻上用三位数码表示标称值的标志方法。数码从左到右，第一、二位为有效值，第三位为指数，即零的个数，单位为欧。偏差通常采用文字符号J(±5%)/K(±10%)表示。2.1电阻2.1电阻4、色标法用不同的颜色的色环或色点在电阻表面标出标称阻值和允许偏差，因为所有的电阻的功率多为1/8W、1/16W，体积很小，只能采用色标法。采用色标法的电阻用两种，一种是四色环，一种是五色环；此色环标示法也适用于色环电容、色环电感。表2-3色环电阻的识别色环颜色图示有效数字倍乘数误差等级黑0---棕1±1%红2±2%橙3---黄4---绿5±0.5%蓝6±0.25%紫7±1%灰8---白9+50%，-20%金------±5%银------±10%本色电阻本身颜色------±20%0101102103104105106107108109102.1电阻1)四色环电阻的识别方法图2-2四色环电阻的识别举例2.1电阻色环电阻中最常见的是四色环电阻，四色环电阻中：第一道色环印在电阻的金属帽上，表示电阻有效数值的最高位，也表示阻值色环法的读数方向；第二道色环表示有效数值的次高位；第三道色环表示有效数值后“0”的个数；第四环表示误差。读数方向：①金色或银色的另一端为读数方向；②二端线与线之间距离较宽的一端的反向为读数的方向。2.1电阻2）五色环电阻的识别方法图2-3五色环电阻的识别举例2.1电阻五色环电阻是一种“精密电阻”，这种电阻一般为金属片电阻，阻值的误差精度可达到千分之一。五色环电阻的识别与四色环电阻的识别基本相同，不同的是它前面三环为有效数字位，依次分别为高位，次高位和低位；第四环为有效数字后面“0”的个数；第五环表示允许误差。读数方向：①二端线与线之间距离较宽的一端的反向为读数方向；②有一端是误差线另一端就是读数方向，若二端都是误差线的须用万用表测量。2.1电阻2.1.4电阻的分类按照电阻的阻值特性分类：不能调节的，我们称之为固定电阻。而可以调节的，我们称之为可变电阻(电阻值变化范围小，又称为微调电阻)或电位器（电阻值变化范围大）。图2-4固定电阻、可调电阻、电位器的图形符号2.1电阻按照电阻的用途分类：受光影响的我们称为光敏电阻、受外界压力影响的是压敏电阻，还有热敏、气敏、电敏、保险电阻等。图2-5热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻、保险电阻的图形符号2.1电阻3、按照电阻的材料分类：膜式电阻（碳膜RT、金属膜RJ、合成膜RH和氧化膜RY）、实芯电阻（有机RS和无机RN）、金属线绕电阻(RX)、特殊电阻（MG型光敏电阻、MF型热敏电阻）四种。2.1电阻2.1.5常用电阻1、电阻器1）碳膜电阻器碳膜电阻器是膜式电阻的一种。它是通过真空高温热分解的结晶碳沉积在柱形的或管形的陶瓷骨架上制成的。用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻值。性能特点：有良好的稳定性，负温度系数小，高频特性好，受电压及频率影响较小，噪声电动势小，阻值范围宽，制作容易，成本低，应用广泛。2.1电阻图2-6碳膜电阻的实物图2.1电阻2）金属膜电阻器金属膜电阻器是膜式电阻的一种，是将金属或合金材料用高真空加热蒸发法在陶瓷体上形成一层薄膜制成的。合金膜也可以采用高温分解、化学沉积和烧渗等方法制成。性能特点：稳定性好，耐热性能好，温度系数小，电压系数比碳膜电阻更好，工作频率范围大，噪声电动势小，可用于高频电路。在相同功率条件下，它比碳膜电阻体积小得多，但这种电阻器脉冲负荷稳定性较差。2.1电阻图2-7金属膜电阻的实物图2.1电阻3）金属氧化膜电阻器金属氧化膜电阻器是用锡或锑等金属盐溶液喷雾到约为550℃的加热炉内的炽热陶瓷骨架表面上，沉积后而制成的。性能特点：比金属膜电阻抗氧化能力强，抗酸、抗盐的能力强，耐热性好(温度可达240℃)。缺点是由于材料特性和膜层厚度的限制，阻值范围小。主要用来补缺低阻值电阻。2.1电阻图2-8金属氧化膜电阻的实物图2.1电阻4）合成碳膜电阻器合成碳膜电阻器是将碳黑、填料和有机粘合剂配成悬浮液，涂覆在绝缘骨架上，经加热聚合而成。这种电阻器主要适用于制成高压和高阻用电阻器，并常用玻壳封上，制成真空兆欧电阻器。性能特点：生产工艺、设备简单，价格低廉；阻值范围宽，可达10～l06M。其缺点是抗湿性差，电压稳定性低，频率特性不好，噪声大。2.1电阻图2-9合成碳膜电位器的实物图2.1电阻5）有机合成实芯电阻器有机合成实芯电阻器是将碳黑、石墨等导电物质和填料、有机粘合剂混合成粉料，经专用设备热压后装入塑料壳内制成的。性能特点：机械强度高，可靠性好，具有较强的过负荷能力，体积小，价格低廉。但固有噪声、分布参数较大，电压及温度稳定性差。2.1电阻2.1电阻图2-10有机合成实芯电阻器的实物图6）玻璃釉电阻器玻璃釉电阻器是由金属银、铑、钌等金属氧化物和玻璃釉粘合剂混合成浆料，涂覆在陶瓷骨架体上，经高温烧结而成。性能特点：耐高温、耐湿性好，稳定性好，噪声小、温度系数小，阻值范围大。属于厚膜电阻器，有较好的发展前景。2.1电阻图2-11玻璃釉电阻器的实物图2.1电阻7）线绕电阻器线绕电阻器是用高比电阻材料康铜、锰铜或镍铬合金丝缠绕在陶瓷骨架上制作而成的电阻器。又依据这种电阻器的表面被覆一层玻璃釉、有机漆或没有保护而被分别称作被轴线绕电阻器、涂漆线绕电阻器和裸式线绕电阻器。性能特点：噪音小，温度系数小，热稳定性好，耐高温，(工作温度可达315℃)，功率大等。缺点是高频特性差。2.1电阻图2-12线绕电阻器的实物图2.1电阻8）片状电阻器片状电阻器是一种片状的新型元件，也称作表面安装元件。片状电阻器是由陶瓷基片、电阻膜、玻璃釉保护和端头电极组成的无引线结构电阻元件。基片大都采用陶瓷或玻璃，它具有很高的机械强度和电绝缘性能。性能特点：体积小，重量轻，性能优良，温度系数小，阻值稳定，可靠性强等优点。2.1电阻图2-13片状电阻器的实物图2.1电阻9）光敏电阻器光敏电阻器就是利用半导体材料的光电导特性制成的。根据光谱特性可分为红外光敏电阻器，可见光光敏电阻器及紫外光光敏电阻器等。其外形如图2-14所示。它以较高的灵敏度、体积小、结构简单、价格便宜等优点而被广泛应用于光电自动检测、自动计数、自动报警、照相机自动曝光等电路冲。2.1电阻图2-14光敏电阻器的实物图2.1电阻11）热敏电阻器热敏电阻器大多由半导体材料制成。它的阻值随温度的变化而变化。如果阻值的变化趋势与温度变化趋势一致，则称为正温度系数电阻器，简称PTC。否则称为负温度系数的电阻器，简称NTC。其中NTC型电阻器被广泛用来作为电路中的温度补偿元件。2.1电阻图2-15热敏电阻器的实物图2.1电阻2、电位器1）合成碳膜电位器合成碳膜电位器的电阻体是用碳黑、石墨、石英粉、有机粘合剂等配成的一种悬浮液，涂在玻璃纤维板或胶板上制成的。再用各类电阻体制成各种电位器，