第1章功率電子線路1.1功率電子線路概述1.2

功率放大器的電路組成和工作特性1.3

乙類推挽功率放大電路1.4

功率合成技術1.5整流與穩壓電路第

1章功率電子線路1.1功率電子線路概述1.1.1

功率放大器1.1.2

電源變換電路1.1.3

功率器件1.1功率電子線路概述

作用：高效地實現能量變換和控制。

種類：

(1)功率放大電路

特點：放大用途：通信、音像等電子設備。

(2)電源變換電路

特點：能量變換用途：電源設備、電子系統、工業控制等。1.1.1

功率放大器特點：工作在大信號狀態。一、功率放大器的性能要求

①安全。輸出功率大，管子在極限條件下運用。

②高效率。

C

——集電極效率(CollectorEfficiency)

Po

——輸出信號功率；PD——電源提供的功率；

PC

——管耗

(PowerDissipation)/集電極耗散功率；

Po

一定，C越高，PD

越小PC

小，既可選PCM

小的管子，以降低費用，也節省能源。

③失真小。盡管功率增益也是重要的性能指標，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通過增加前置級禰補。二、功率管的運用特點1．功率管的運用狀態

根據功率管在一個信號周期內導通時間的不同，功率管運用狀態可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。①甲類：功率管在一個周期內導通，c

=。②乙類：功率管僅在半個周期內導通，c

=/2。

③甲乙類：管子在大于半個周期小于一個周期內導通，

/2

c

。④丙類：功率管在小于半個周期內導通，c

/2。功率管運用狀態通常靠選擇靜態工作點來實現。功率管的運用狀態根據下列曲線說出功率管的應用狀態：圖1–1–1各種運用狀態下的輸出電流波形2．不同運用狀態下的C管子的運用狀態不同，相應的

Cmax

也不同。

減小PC可提高

C。

假設集電極瞬時電流和電壓分別為iC

和

vCE，則PC為討論：若減少PC，則要減少iC

vCE

方法1：由甲類甲乙類乙類丙類，即減小管子在信號周期內的導通(增大iC

=0)的時間。

方法

2：管子運用于開關狀態(又稱丁類)，即一周期內半飽和半截止。

飽和時，vCE

VCE(sat)

很小

PC

很小；

截止時，iC

很小，iC

vCE

也很小

PC

很小。

總之：為提高

C，管應用狀態可取乙類、丙類或丁類。但集電極電流波形失真嚴重，電路需采取特定措施(見

1.2

節)。1.1.2

電源變換電路按變換方式不同：

(1)整流器(Rectifier)：交流電-直流電。應用：電子設備供電。

(2)直流-直流變換器(DC-DCConverter)：直流電-直流電。應用：開關電源。

(3)逆變器(Inverter)：直流電-交流電。應用：不間斷電源、變頻電源。

(4)

交流-交流變換器(AC-ACConverter)：交流電-交流電。應用：變壓等。

1.1.3

功率器件功率管的種類：(1)雙極型功率晶體管(2)功率MOS管(3)絕緣柵雙極型功率管

功率管是功率放大電路的關鍵器件，為保證安全工作，需了解其極限參數及安全工作區。以雙極型功率管為例，安全工作區受如下極限參數限制：①最大允許管耗

PCM。與散熱條件密切相關。②基極開路集-射反向擊穿電壓V(BR)CEO。③集電極最大允許電流

ICM。以上參數與功率管的結構、工藝參數、封裝形式有關。一、功率管散熱和相應的PCM

管耗PC

主要消耗在集電結上，使結溫升高。若集電極的散熱條件良好，集電結上的熱量很容易散發到周圍空氣中去，則集電結就會在某一較低溫度上達到熱平衡，此時集電結上產生的熱量等于散發到空氣中的熱量。反之，散熱條件不好，集電結就會在更高的溫度上達到熱平衡，甚至產生熱崩而燒壞管子。熱崩(ThermalRunaway)：

集電結結溫(Tj)

iC

PC

Tj

如此反復，直至Tj

TjM(集電結最高允許溫度)而導致管子被燒壞的一種惡性循環現象。提高PCM

的辦法：圖1–1–4

(a)、(b)

功率管底座上加裝散熱器(c)

相應的熱等效電路①管子集電極直接固定在金屬底座上。②金屬底座與管殼相連。③金屬底座還加裝金屬散熱器。各種散熱片各種功率晶體管

熱傳導過程T2為熱源溫度，T1

為空氣溫度，P為傳輸的熱功率，Rth

為熱阻，單位℃/W當熱源產生熱量時，熱源溫度T2上升，向外部傳輸熱量，若產生的熱量和傳輸的熱量相等，達到熱平衡。T2

不再變化。晶體管的熱量傳遞RjcRcsPcRCaRsaTjTa因為R(th)cs+R(th)sa<<R(th)ca

所以Rth

R(th)jc+R(th)cs+R(th)ca

晶體管手冊中給出的PCM

是在指定散熱器尺寸和環境溫度(Ta=25℃)時給出的數據。具體數值可由下式確定二、二次擊穿除PCM、ICM

和V(BR)CEO

滿足安全工作條件外，要保證功率管安全工作，還要求不發生二次擊穿。

二次擊穿(SecondaryBreakdown)：當集-

射反向電壓超過V(BR)CEO

時，會引起擊穿，但只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會損壞，待集電極電壓小于V(BR)CEO

后，管子可恢復正常工作。如果發生上述擊穿，電流不加限制，就會出現集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現象，即為二次擊