电源管理

 

开关稳压源

开关稳压电源是MOS管的主要应用领域之一,如图便是一个结构简单的实例。该电路可由50V~300V的输入电压产生11V左右的恒定输出电压,输出电流50mA,纹波电压不超过20mV,且有限流保护功能,允许输出瞬时短路。图中,MOS管 BG、开关二极管DZ和电感器L组成基本的正激式降压开关调整器。电阻R1为mos管提供栅极偏压以使其导通稳压二极管DZ则用来保证其栅源电压不超过10v以免引起击穿。 光电耦合器GD中的发光二极管与用以设定输出电压的稳压二极管 DZ2相串联,一旦电路输出电压达到 DZ2 的稳定电压与发光二极管的正向电压之和, GD中的光敏三极管便开始导通, 于是MOS管因栅源电压下降而随之关断。 由于电感器L 的作用, 此时开关二极管D将承受正向电压而发生导通,依靠贮存于L中的磁能来维持开关电源的输出电压。 当L中的电流减小到不足以维持电路的负载时, 输出电压便开始下降, 待到稳压二极管DZ2随之退出击穿区时, MOS 管又重新导通, 开关二极管 D 则转为截止状态。 如此周而复始, 使开关电源的输出电压近于恒定。输出过载或短路时, 电流采样电阻R2所产生的压降使光电耦合器GD中的光敏三极管开始导通, MOS管的栅源电压随之有所下降, 将电路的输出电流控制在50mA 左右, 从而实现限流保护。改变稳压二极管DZ2的稳定电压可以调整开关电源的输出电压。 正常工作时, MOS管每次导通的持续时间仅约1µs。 如果采用耐压较高的MOS管并适当加大电阻R1的阻值, 输入电压的上限还可进一步提高。

 

电子滤波器

某些电子设备, 如音响电路之类, 往往对电源电压的稳定性要求不高, 但对电源纹波则较为敏感。 在这种情况下, 常常可以电子滤波器供电而不用稳压电源, 如此可以充分利用电源功率, 同时也能保证足够的交流声抑制能力。

如图是由MOS管构成的电子滤波器,能够自动跟踪电源电压和负载电流的变化,使输出电压始终略低于整流脉动电压的谷值,所以电源利用率很高。该电路还具有输出限压功能以保证负载电路的安全,特别适用于电源电压波动较大的场合。图中,电阻R1和R2组成采样分压器,另又加入二极管D1以保证采样电压略低于整流电压之半。运放ICA、二极管D2和电容器c1组成精密峰值整流器,用以跟踪采样电压的谷底即最正值。电阻R3为电容器C1提供放电通路,两者的时间常数取为1s。峰值整流器的输出由运放ICb缓冲并经阻容网络R4C2滤波后,再由运放ICc与电路的输出电压之半进行比较,由其调整MOS管的栅压,使电路的输出电压恰好略低于整流脉动电压的谷值。运放ICd与稳压管ZD以及二极管 D3等用以附加输出限压功能。不难看出,电路的输出电压上限等于ZD稳定电压的两倍。 按图中ZD所选型号,输出电压的上限便是15V。滤波器的额定负载电流为2.5A,所用MOS管的导通电阻约为0.1Ω,故而所需的最小管压降仅有0.25V。整流电压的脉动幅度达到几伏时,滤波器的输出纹波电压仍在1mV以内。

 

同步整流器

在低压大电流整流器中,整流元件的正向压降常是影响整流效率的主要因素,有时还会因此而引起散热方面的麻烦。采用由MOS组成的所谓“同步整流器”,可较好地解决这一问题。如所周知,普通硅整流二极管的正向压降约为700mV,肖特基二极管的正向压降也有 400mV左右。而在同步整流器中,因以MOS管作为受控单向导电元件,其导通电阻可以 低至数十毫欧,故其产生的压降与功耗明显小于一般的整流元件。图3是一种全波同步整流器,由两个MOS管BG1和BG2在双比较器IC的控制下轮流导通而完成全波整流。如输入交流为负半周时,比较器ICA输出高电平, 使MOS管BG1因栅源电压超过其阐值电压而开通,ICb则输出低电平,故BG2因栅压近似为零而关断,此时负载电流经BG1和变压器次级上半部分完成回路。与此相应,输入交流为正半周时,负载电流经BG2和变压器次级下半部分完成回路。需要指出,由于MOS管内部漏、源极间存在着一个反向跨接的寄生二极管,因而只有在漏源电压为正值时才能呈现截止状态。 于是在同步整流器中,只能于负半周期使器件开道。 由于器件导通电阻很小,管压降通常低于寄生二极管的阈值电压, 所以寄生二极管实际上并不起什么作用。电路中所用比较器为集电极开路(OC)型输出, 故在周期转换时, 导通管因栅一源极间电容快速放电而迅速关断,截止管则须经比较器输出上拉电阻R1或R2向栅-源极间电容充电而稍迟开通, 如此可以避免出现两管同时导通的不利情况。 四个二极管系用作钳位保护, 使比较器的反相输入端电压不致超出其电源电压范围。

 输入交流为方波时电路的整流效率最高,在输出 5V1A的情况下可达到97%。 若是改用导通电阻更低的MOS管, 效率还可有所提高。 而用普通硅二极管时, 整流效率约为90%。 输入为正弦波时电路效率稍差, 因为MOS管的导通角将由接近于180°减小至70°左右,其脉冲电流的幅度则相应增大, 因而造成较多的功率损耗。

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2021-06-22
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