高職《汽車電工電子技術(shù)》PPT電子課件,汽車電工電子技術(shù),高職,汽車,電工,電子技術(shù),PPT,電子,課件 汽車電工電子第第10章章集成電路在汽車電腦中的應(yīng)用集成電路在汽車電腦中的應(yīng)用微控制器智能功率半導(dǎo)體器件電源集成電路汽車照明專用LED驅(qū)動(dòng)器本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握微控制器的分類及作用2、掌握智能功率半導(dǎo)體器件的分類3、了解電源集成電路4、掌握汽車照明專用LED驅(qū)動(dòng)器作用隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。尤其是隨著單片機(jī)技術(shù)和總線技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，極大地改善了汽車的綜合性能，使汽車逐步進(jìn)入智能化的控制時(shí)代。目前汽車上使用的微控制器以通用單片機(jī)和高抗干擾及耐振的汽車專用單片機(jī)為主，其速度和精度不如計(jì)算用微機(jī)高，但抗干擾性能較強(qiáng)，能適應(yīng)汽車振動(dòng)大等惡劣的工作環(huán)境。集成電路的分類1.按其功能、結(jié)構(gòu)的不同分類可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。2.按制作工藝分類集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和薄膜集成電路。膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。3.集成電路按集成度劃分集成電路按集成度可劃分為小規(guī)模集成電路(SSI，數(shù)十器件/片)，中規(guī)模集成電路(MSI，數(shù)百器件/片)，大規(guī)模集成電路(LSI，數(shù)千器件/片)，超大規(guī)模集成電路(VSI，大于1萬(wàn)器件/片)4.按導(dǎo)電類型不同分類集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數(shù)字集成電路.5.按用途分類集成電路按用途可分為電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電路、電腦（微機(jī)）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路、語(yǔ)言集成電路、報(bào)警器用集成電路及各種專用集成電路。6.按應(yīng)用領(lǐng)域分類集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域可分為標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路和專用集成電路。7.按外形分類集成電路按外形可分為圓形(金屬外殼晶體管封裝型,一般適合用于大功率)、扁平型(穩(wěn)定性好,體積小)和雙列直插型.10.1微控制器微控制器微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。微控制器誕生于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，其成本越來(lái)越低，而性能越來(lái)越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無(wú)處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。例如電機(jī)控制、條碼閱讀器掃描器、消費(fèi)類電子、游戲設(shè)備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動(dòng)化和白色家電(洗衣機(jī)、微波爐)等。微控制器可從不同方面進(jìn)行分類：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機(jī)；根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和VonNeumann結(jié)構(gòu)；根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲(chǔ)器的類別可分為OTP、掩膜、EPROMEEPROM和閃存Flash；根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(ComplexInstructionSetComputer)和RISC(ReducedInstructionSetComputer)微控制器10.1.1微控制器的發(fā)展歷程微控制器的發(fā)展歷程Intel公司作為最早推出微處理器的公司，同樣也是最早推出微控制器的公司。繼1976年推出MCS48后，又于1980年推出了MCS51，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基礎(chǔ)。在8051技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放后，Philips、Atmel、Dallas和Siemens等公司紛紛推出了基于80C5l內(nèi)核(805l的CMC)S版本)的微控制器。這些各具特色的產(chǎn)品能夠滿足大量嵌入式應(yīng)用需求?；贑ISC架構(gòu)的微控制器除了80C51外，還包括Motorola提供的68HC系列微控制器，這也是大量應(yīng)用的微控制器系列?；赗ISC架構(gòu)的微控制器則包括Microchip的PIC系列8位微控制器等。在16位RISC架構(gòu)的微控制器中，Maxim公司推出的MAXQ系列微控制器以其高性能、低功耗和卓越的代碼執(zhí)行效率，成為許多需要高精度混合信號(hào)處理以及便攜式系統(tǒng)和電池供電系統(tǒng)的理想選擇。10.1.2常見(jiàn)微控制器簡(jiǎn)介常見(jiàn)微控制器簡(jiǎn)介1.基于基于8051內(nèi)核的內(nèi)核的COSC微控制器微控制器迄今為止，MCS51已成為8位機(jī)中運(yùn)行最慢的系列。現(xiàn)在Dallas推出的DS89C430系列產(chǎn)品在保持與80C51引腳和指令集兼容的基礎(chǔ)上，每個(gè)機(jī)器周期僅為一個(gè)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了8051系列的最高吞吐率。一般而言，對(duì)于現(xiàn)有的基于8051的應(yīng)用軟件可以直接寫入DS89C430而無(wú)需進(jìn)行更改。除此之外，DS89C430還在許多其他方面引入了新的功能，從而為具體應(yīng)用提供了更多靈活性。2.基于基于RISC架構(gòu)的微控制器架構(gòu)的微控制器MAXQ2000微控制器是MaxinoDallas公司推出的一款基于RIS(：架構(gòu)的16位微控制器。理解這款微控制器的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以使我們更好地理解RISO結(jié)構(gòu)微控制器的最新發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)特點(diǎn)，從而為我們構(gòu)建新型系統(tǒng)提供更加理想的選擇。MAXQ2000的指令讀取和執(zhí)行操作在一個(gè)周期內(nèi)完成，而沒(méi)有流水線操作，這是因?yàn)橹噶罴劝瞬僮鞔a也包括了數(shù)據(jù)。字母Q表示這款微控制器的一個(gè)重要特點(diǎn)便是“安靜”，MAXQ架構(gòu)通過(guò)智能化的時(shí)鐘管理來(lái)降低噪聲MAXQ2000的主要特性1)指令集指令集由23條對(duì)寄存器和存儲(chǔ)器進(jìn)行操作的固定長(zhǎng)度的16位指令組成。指令集高度正交，允許算術(shù)和邏輯操作使用累加器和任何寄存器。特殊功能寄存器控制外圍設(shè)備，并細(xì)分成寄存器模塊。產(chǎn)品系列的結(jié)構(gòu)是模塊化的，因此新的器件和模塊能夠繼續(xù)使用為現(xiàn)有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的代碼該結(jié)構(gòu)是基于傳送觸發(fā)的，這意味著對(duì)某一寄存器位置的讀或?qū)憰?huì)產(chǎn)生額外作用。2)存儲(chǔ)器配置MAXQ2000具有32KB閃存、lKBRAM、4KB的內(nèi)部ROM存儲(chǔ)器塊和16級(jí)堆棧存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器缺省配置成Harvard結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有獨(dú)立的地址空間，還可以使能為VorlNcumann存儲(chǔ)器配置模式，即將固定用途ROM、代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器放置到一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器映射中這適合于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)程序修改或特殊存儲(chǔ)器配置的應(yīng)用。閃存程序存儲(chǔ)器可以通過(guò)16字密鑰進(jìn)行密碼保護(hù)，從而防止未授權(quán)者訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。同時(shí)，還具有3個(gè)數(shù)據(jù)指針，支持高效快速地處理數(shù)據(jù)3)寄存器組器件的大多數(shù)功能是由寄存器組來(lái)控制的。這些寄存器為存儲(chǔ)器操作提供工作空間，并配置和尋址器件上的外設(shè)寄存器。寄存器分成兩大類：系統(tǒng)寄存器和外設(shè)寄存器公共寄存器組也稱作系統(tǒng)寄存器，包括ALU、累加器寄存器、數(shù)據(jù)指針、堆棧指針等。外設(shè)寄存器定義了可能包含在基于MAXQ架構(gòu)的不同產(chǎn)品中的附加功能4)電源管理MAXQ2000同樣提供了先進(jìn)的電源管理功能，根據(jù)系統(tǒng)不同時(shí)刻的不同性能需求，可以動(dòng)態(tài)設(shè)置處理速度，從而大大降低功耗。通過(guò)軟件選擇分頻功能，來(lái)選擇系統(tǒng)時(shí)鐘周期是l、2、4或者8個(gè)振藹周期。為進(jìn)一步降低功耗，還有另外三種低功耗模式，256分頻、32kH。和停機(jī)模式。5)中斷提供多個(gè)中斷源，可對(duì)內(nèi)部和外部事件快速響應(yīng)。MAXQ結(jié)構(gòu)采用了單一中斷向量(IV)和單一中斷服務(wù)程序(ISR)設(shè)計(jì)。必須在用戶中斷程序內(nèi)清除中斷標(biāo)志，以避免由同一中斷源引發(fā)重復(fù)中斷。當(dāng)檢測(cè)到使能的中斷時(shí)，軟件跳轉(zhuǎn)到一個(gè)用戶可編程的中斷向量位置。一旦軟件控制權(quán)轉(zhuǎn)移到ISR，可以使用中斷識(shí)別寄存器(IIR)來(lái)判定中斷源是系統(tǒng)寄存器還是外設(shè)寄存器。然后，就可以查詢特定模塊以確定具體中斷源，并采取相應(yīng)的操作。由于中斷源是由用戶軟件識(shí)別的，因此用戶可以為每種應(yīng)用確立一個(gè)獨(dú)特的中斷優(yōu)先級(jí)方案。6)高速硬件乘法器集成的硬件乘法器模塊執(zhí)行高速乘法、乘方和累加操作，并能在一個(gè)周期內(nèi)完成一個(gè)16位16位乘法和累加操作。硬件乘法器由2個(gè)6位并行加載操作數(shù)寄存器(MA，MB)和1個(gè)累加器組成。加載寄存器能夠自動(dòng)啟動(dòng)操作，從而節(jié)省了重復(fù)計(jì)算的時(shí)間。硬件乘法器的累加功能是數(shù)字濾波、信號(hào)處理以及PII)控制系統(tǒng)中的一個(gè)基奉單元，這使得MAXQ2000可以勝任需要大量數(shù)學(xué)運(yùn)算的應(yīng)用。10.1.3微處理器體系結(jié)構(gòu)微處理器體系結(jié)構(gòu)目前的微處理器分為兩種結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾伊曼結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令存儲(chǔ)器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。馮諾伊曼結(jié)構(gòu)也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。目前使用馮諾伊曼結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、安謀公司的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器也采用了馮諾伊曼結(jié)構(gòu)。10.2智能功率半導(dǎo)體器件智能功率半導(dǎo)體器件功率半導(dǎo)體器件，又稱為電力電子器件（PowerElectronicDevice），用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上)電子器件。又稱功率電子器件。20世紀(jì)50年代，電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管。60年代發(fā)展起來(lái)的晶閘管，因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快，而在電力電子電路中得到廣泛應(yīng)用。70年代初期，已逐步取代了汞弧閘流管。80年代，普通晶閘管的開(kāi)關(guān)電流已達(dá)數(shù)千安，能承受的正、反向工作電壓達(dá)數(shù)千伏。在此基礎(chǔ)上，為適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展的需要，又開(kāi)發(fā)出門極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等一系列派生器件，以及單極型MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、功能組合模塊和功率集成電路等新型電力電子器件。10.2.1功率半導(dǎo)體器件的分類功率半導(dǎo)體器件的分類1.按可控性分類，也即根據(jù)能被驅(qū)動(dòng)（觸發(fā)）電路輸出控制信號(hào)所控制的程度，可將功率半導(dǎo)體器件分為不控型器件、半控型器件、全控型器件等3種。其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠；還可以分為電壓驅(qū)動(dòng)型器件和電流驅(qū)動(dòng)型器件，其中GTO、GTR為電流驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動(dòng)型器件。功率半導(dǎo)體器件的功率半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)IGBT優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率??；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR優(yōu)點(diǎn)：耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題GTO優(yōu)點(diǎn)：電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)；缺點(diǎn)：電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低電力MOSFET優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題；缺點(diǎn)：電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。2.按驅(qū)動(dòng)信號(hào)類型分類按驅(qū)動(dòng)信號(hào)類型可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。（1）電流驅(qū)動(dòng)型通過(guò)在控制端注入或抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)通或關(guān)斷的器件稱為電流驅(qū)動(dòng)型功率半導(dǎo)體器件。GTO、GTR為電流驅(qū)動(dòng)型功率半導(dǎo)體器件。（2）電壓驅(qū)動(dòng)型通過(guò)在控制端和另一公共得端加入一定的電壓信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)通或關(guān)斷的器件稱為電壓驅(qū)動(dòng)型功率半導(dǎo)體器件。PMOSFET、IGBT為電壓驅(qū)動(dòng)型功率半導(dǎo)體器件。10.2.2大功率二極管大功率二極管大功率二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有型及型兩層半導(dǎo)體、一個(gè)PN結(jié)和陽(yáng)極A、陰極K的兩層兩端半導(dǎo)體器件。從外部構(gòu)成看，也分成管芯和散熱器兩部分。這是由于二極管工作時(shí)管芯中要通過(guò)強(qiáng)大的電流，而PN結(jié)又有一定的正向電阻，管芯要因損耗而發(fā)熱。為了管芯的冷卻，必須配備散熱器。a）符號(hào)b）螺旋式c）平板式1大功率二極管的伏安特性大功率二極管的伏安特性二極管陽(yáng)極和陰極間的電壓Uak與陽(yáng)極電流ia間的關(guān)系稱為伏安特性，如圖，第象限為正向特性區(qū)，表現(xiàn)為正向?qū)顟B(tài)。第象限為反向特性區(qū)，表現(xiàn)為反向阻斷狀態(tài)。2大功率二極管的開(kāi)通、關(guān)斷特性大功率二極管的開(kāi)通、關(guān)斷特性（1）大功率二極管的開(kāi)通過(guò)程（2）大功率二極管的關(guān)斷過(guò)程10.2.3晶閘管（晶閘管（SCR）1晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管也稱可控硅，是大功率的半導(dǎo)體器件，從總體結(jié)構(gòu)上看，可區(qū)分為管芯及散熱器兩大部分。a）螺栓型b）平板型c）符號(hào)晶閘管的散熱器a）自冷b）風(fēng)冷c）水冷2晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明：（1）只有當(dāng)晶閘管同時(shí)承受正向陽(yáng)極電壓和正向門極電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，兩者不可缺一。（2）晶閘管一旦導(dǎo)通后門極將失去控制作用，門極電壓對(duì)管子隨后的導(dǎo)通或關(guān)斷均不起作用，故使晶閘管導(dǎo)通的門極電壓不必是一個(gè)持續(xù)的直流電壓，只要是一個(gè)具有一定寬度的正向脈沖電壓即可，脈沖的寬度與晶閘管的開(kāi)通特性及負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。這個(gè)脈沖常稱之為觸發(fā)脈沖。（3）要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，必須使陽(yáng)極電流降低到某一數(shù)值之下（約幾十毫安）。這可以通過(guò)增大負(fù)載電阻，降低陽(yáng)極電壓至接近于零或施加反向陽(yáng)極電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流稱為維持電流，是晶閘管的一個(gè)重要參數(shù)。3晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性靜態(tài)特性又稱伏安特性，指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽(yáng)極伏安特性和門極伏安特性。（1）陽(yáng)極伏安特性晶閘管的陽(yáng)極伏安特性表示晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的電壓Uak與陽(yáng)極電流ia之間的關(guān)系曲線，正向阻斷高阻區(qū)；負(fù)阻區(qū)；正向?qū)ǖ妥鑵^(qū)；反向阻斷高阻區(qū)（2）門極伏安特性晶閘管的門極與陰極間存在著一個(gè)PN結(jié)J3，門極伏安特性就是指這個(gè)PN結(jié)上正向門極電壓Ug與門極電流Ig間的關(guān)系。由于這個(gè)結(jié)的伏安特性很分散，無(wú)法找到一條典型的代表曲線，只能用一條極限高阻門極特性和一條極限低阻門極特性之間的一片區(qū)域來(lái)代表所有元件的門極伏安特性，如圖陰影區(qū)域所示。(2)動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性（1）開(kāi)通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過(guò)程為開(kāi)通過(guò)程。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門極觸發(fā)電流，由于晶閘管內(nèi)部正反饋過(guò)程及外電路電感的影響，陽(yáng)極電流的增長(zhǎng)需要一定的時(shí)間。從突加門極電流時(shí)刻到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)定值IT的10%所需的時(shí)間稱為延遲時(shí)間td，而陽(yáng)極電流從10%IT上升到90%IT所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間tr，延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和為晶閘管的開(kāi)通時(shí)間tgt=td+tr，普通晶閘管的延遲時(shí)間為0.51.5s，上升時(shí)間為0.53s。延遲時(shí)間隨門極電流的增大而減少，延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽(yáng)極電壓上升而下降。晶閘管常應(yīng)用于低頻的相控電力電子電路時(shí)，有時(shí)也在高頻電力電子電路中得到應(yīng)用，如逆變器等。在高頻電路應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格地考慮晶閘管的開(kāi)關(guān)特性，即開(kāi)通特性和關(guān)斷特性。（2）關(guān)斷特性通常采用外加反壓的方法將已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。反壓可利用電源、負(fù)載和輔助換流電路來(lái)提供。要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管，通常給晶閘管加反向陽(yáng)極電壓。晶閘管的關(guān)斷，就是要使各層區(qū)內(nèi)載流子消失，使元件對(duì)正向陽(yáng)極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽(yáng)極電壓后，由于外電路電感的存在，晶閘管陽(yáng)極電流的下降會(huì)有一個(gè)過(guò)程，當(dāng)陽(yáng)極電流過(guò)零，也會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)電流，反向電流達(dá)最大值IRM后，再朝反方向快速衰減接近于零，此時(shí)晶閘管恢復(fù)對(duì)反向電壓的阻斷能力。4晶閘管的型號(hào)晶閘管的型號(hào)普通型晶閘管型號(hào)可表示如下：KP電流等級(jí)電流等級(jí)電壓等級(jí)電壓等級(jí)/100通態(tài)平均電壓組別通態(tài)平均電壓組別其中其中K代表閘流特性，P為普通型。如KP50015型號(hào)的晶閘管表示其通態(tài)平均電流（額定電流）IT（AV）為500A，正反向重復(fù)峰值電壓（額定電壓）UR為1500V，通態(tài)平均電壓組別以英文字母標(biāo)出，小容量的元件可不標(biāo)。10.2.4大功率晶體管（大功率晶體管（GTR）從工作原理和基本特性上看，大功率晶體管與普通晶體管并無(wú)本質(zhì)上的差別，但它們?cè)谠诠ぷ魈匦缘膫?cè)重面上有較大的差別。對(duì)于普通晶體管，所被注重的特性參數(shù)為電流放大倍數(shù)、線性度、頻率響應(yīng)、噪聲、溫漂等；而對(duì)于大功率晶體管，重要參數(shù)是擊穿電壓、最大允許功耗、開(kāi)關(guān)速度等。a）普通晶體管結(jié)構(gòu)b）GTR結(jié)構(gòu)c）符號(hào)1工作特性工作特性(1)靜態(tài)特性（1）輸入特性輸入特性如圖所示，它表示UCE一定時(shí)，基極電流IB與基極發(fā)射極UBE之間的函數(shù)關(guān)系，它與二極管PN結(jié)的正向伏安特性相似。a）輸入特性b）輸出特性（2）輸出特性大功率晶體管運(yùn)行時(shí)常采用共射極接法，共射極電路的輸出特性是指集電極電流IC和集電極發(fā)射極電壓UCE的函數(shù)關(guān)系，如圖所示。由圖中可以看出，GTR的工作狀態(tài)可以分成四個(gè)區(qū)域：截止區(qū)（也稱阻斷區(qū)）、線性放大區(qū)、準(zhǔn)飽和區(qū)和飽和區(qū)（也稱深飽和區(qū)）。(2)動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性GTR主要工作在截止區(qū)及飽和區(qū)，切換過(guò)程中快速通過(guò)放大區(qū)，這個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程即反映了GTR的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)在GTR基極施以脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，GTR將工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如圖121所示。在t0時(shí)刻加入正向基極電流，GTR經(jīng)延遲和上升階段后達(dá)到飽和區(qū)，故開(kāi)通時(shí)間ton為延遲時(shí)間td與上升時(shí)間tr之和，其中td是由基極與發(fā)射極間結(jié)電容Cbe充電而引起，tr是由基區(qū)電荷儲(chǔ)存需要一定時(shí)間而造成的。當(dāng)反向基極電流信號(hào)加到基極時(shí)，GTR經(jīng)存儲(chǔ)和下降階段才返回載止區(qū)，則關(guān)斷時(shí)間toff為存儲(chǔ)時(shí)間ts與下降時(shí)間tf之和，其中ts是除去基區(qū)超量?jī)?chǔ)存電荷過(guò)程引起的，tf是基極與發(fā)射極間結(jié)電容Cbe放電而產(chǎn)生的結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，增大驅(qū)動(dòng)電流，可使td和tr都減小，但電流也不能太大，否則將增大存儲(chǔ)時(shí)間。在關(guān)斷GTR時(shí)，加反向基極電壓可加快電容上電荷的釋放，從而減少ts與tf，但基極電壓不能太大，以免使發(fā)射結(jié)擊穿。為提高GTR的開(kāi)關(guān)速度，可選用結(jié)電容比較小的快速開(kāi)關(guān)晶體管，也可利用加速電容來(lái)改善GTR的開(kāi)關(guān)特性。在GTR基極電路電阻Rb兩端并聯(lián)一電容Cs，利用換流瞬間其上電壓不能突變的特性可改善晶體管的開(kāi)關(guān)特性。2主要參數(shù)主要參數(shù)(1)電壓參數(shù)（1）集電極額定電壓UCEM加在GTR上的電壓如超過(guò)規(guī)定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓擊穿現(xiàn)象。擊穿電壓與GTR本身特性及外電路的接法有關(guān)。各種不同接法時(shí)的擊穿電壓的關(guān)系如下：BUCBOBUCEXBUCESBUCERBUCEO其中，BUCBO為發(fā)射極開(kāi)路，集電極與基極間的反向擊穿電壓；BUCEX為發(fā)射極反向偏置時(shí)集電極與發(fā)射極間的擊穿電壓；BUCES、BUCER分別為發(fā)射極與基極間用電阻聯(lián)接或短路連接時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓；BUCEO為基極開(kāi)路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。GTR的最高工作電壓UCEM應(yīng)比最小擊穿BUCEO低，從而保證元件工作安全。(2)電流參數(shù)電流參數(shù)（1）連續(xù)（直流）額定（集電極）電流IC連續(xù)（直流）額定電流指只要保證結(jié)溫不超過(guò)允許的最大結(jié)溫、晶體管所允許連續(xù)通過(guò)的直流電流值。（2）集電極額定電流（最大允許電流）ICM集電極額定電流是取決于最高允許結(jié)溫下引線、硅片等的破壞電流，超過(guò)這一額定值必將導(dǎo)致晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的燒毀。在實(shí)際使用中可以利用熱容量效應(yīng)，根據(jù)占空比來(lái)增大連續(xù)電流，但不能超過(guò)峰值額定電流。（3）基極電流最大允許值IBM基極電流最大允許值比集電極額定電流的數(shù)值要小得多，通常IBM=（1/21/10）ICM，而基極發(fā)射極間的最大電壓額定值通常只有幾伏。（4）集電極最大耗散功率PCM集電極最大耗散功率是指最高工作溫度下允許的耗散功率。它受結(jié)溫的限制，由集電極工作電壓和電流的乘積所決定。10.2.5功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）1結(jié)構(gòu)MOSFET的類型很多，按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道；根據(jù)柵極電壓與導(dǎo)電溝道出現(xiàn)的關(guān)系可分為耗盡型和增強(qiáng)型。a）結(jié)構(gòu)圖b）符號(hào)（N溝道）c）符號(hào)（P溝道）2工作原理工作原理MOSFET的三個(gè)極分別為柵極G、漏極D和源極S。當(dāng)漏極接正電源，源極接負(fù)電源，柵源極間的電壓為零時(shí)，P基區(qū)與N區(qū)之間的PN結(jié)反偏，漏源極之間無(wú)電流通過(guò)。如在柵源極間加一正電壓UGS，則柵極上的正電壓將其下面的P基區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將電子吸引到柵極下的P基區(qū)的表面，當(dāng)UGS大于開(kāi)啟電壓UT時(shí)，柵極下P基區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，成為反型層，由反型層構(gòu)成的N溝道使PN結(jié)消失，漏極和源極間開(kāi)始導(dǎo)電。UGS數(shù)值越大，PMOSFET導(dǎo)電能力越強(qiáng)，ID也就越大。3.工作特性工作特性(1)靜態(tài)特性漏極伏安特性轉(zhuǎn)移特性（1）漏極伏安特性漏極伏安特性也稱輸出特性，如圖，可以分為三個(gè)區(qū)：可調(diào)電阻區(qū)，飽和區(qū)，擊穿區(qū)。在區(qū)內(nèi)，固定柵極電壓UGS，漏源電壓UDS從零上升過(guò)程中，漏極電流iD首先線性增長(zhǎng)，接近飽和區(qū)時(shí)，iD變化減緩，而后開(kāi)始進(jìn)入飽和。達(dá)到飽和區(qū)后，此后雖UDS增大，但iD維持恒定。從這個(gè)區(qū)域中的曲線可以看出，在同樣的漏源電壓UDS下，UGS越高，因而漏極電流iD也大。當(dāng)UDS過(guò)大時(shí)，元件會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，進(jìn)入擊穿區(qū)。（2）轉(zhuǎn)移特性漏極電流ID與柵源極電壓UGS反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系，稱為轉(zhuǎn)移特性，如圖1017所示。當(dāng)ID較大時(shí)，該特性基本上為線性。曲線的斜率gID/UGS稱為跨導(dǎo)，表示PMOSFET柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力，與GTR的電流增益含義相似。圖中所示的UGS（th）為開(kāi)啟電壓，只有UGSUGS（th）時(shí)才會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生柵極電流ID。(2)開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性PMOSFET是多數(shù)載流子器件，不存在少數(shù)載流子特有的存貯效應(yīng)，因此開(kāi)關(guān)時(shí)間很短，典型值為20ns，而影響開(kāi)關(guān)速度的主要是器件極間電容。如圖為元件極間電容的等效電路，從中可以求得器件輸入電容為CinCGSCGD。正是Cin在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需要進(jìn)行充、放電，影響了開(kāi)關(guān)速度。同時(shí)也可看出，靜態(tài)時(shí)雖柵極電流很小，驅(qū)動(dòng)功率小，但動(dòng)態(tài)時(shí)由于電容充放電電流有一定強(qiáng)度，故動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)仍需一定的柵極功率。開(kāi)關(guān)頻率越高，柵極驅(qū)動(dòng)功率也越大。開(kāi)關(guān)特性PMOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程如圖，其中UP為驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)，UGS為柵極電壓，iD為漏極電流。當(dāng)UP信號(hào)到來(lái)時(shí)，輸入電容Cin有一充電過(guò)程，使柵極電壓UGS只能按指數(shù)規(guī)律上升。PMOSFET的開(kāi)通時(shí)間為tontd(on)tr。當(dāng)UP信號(hào)下降為零后，柵極輸入電容in上貯存的電荷將通過(guò)信號(hào)源進(jìn)行放電，使柵極電壓UGS按指數(shù)下降，到UP結(jié)束后的td(off)時(shí)刻，iD電流才開(kāi)始減小，故td(off)稱為關(guān)斷延遲時(shí)間。PMOSFET的關(guān)斷時(shí)間應(yīng)為tofftd(off)tf。4.主要參數(shù)與安全工作區(qū)主要參數(shù)與安全工作區(qū)(1)主要參數(shù)主要參數(shù)（1）漏極電壓UDS漏極電壓UDS為PMOSFET的電壓定額。（2）電流定額ID電流定額ID為漏極直流電流，IDM為漏極脈沖電流幅值。（3）柵源電壓UGS柵源間加的電壓不能大于此電壓，否則將擊穿元件。(2)安全工作區(qū)安全工作區(qū)PMOSFET是多數(shù)載流子工作的器件，元件的通態(tài)電阻具有正的溫度系數(shù)，即溫度升高通態(tài)電阻增大，使漏極電流能隨溫度升高而下降，因而不存在電流集中和二次擊穿的限制，有較寬的安全工作區(qū)。PMOSFET的正向偏置安全工作區(qū)由四條邊界包圍框成，如圖，其中為漏源通態(tài)電阻限制線；為最大漏極電流IDM限制線；為最大功耗限制線；為最大漏源電壓限制線。10.2.6絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）IGBT的基本結(jié)構(gòu)如圖，與PMOSFET結(jié)構(gòu)十分相似，相當(dāng)于一個(gè)用MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部實(shí)際上包含了兩個(gè)雙極型晶體管P+NP及N+PN，它們又組合成了一個(gè)等效的晶閘管。這個(gè)等效晶閘管將在IGBT器件使用中引起一種“擎住效應(yīng)”，會(huì)影響IGBT的安全使用。a）結(jié)構(gòu)示意圖b）等效電路c）符號(hào)2工作原理工作原理IGBT的等效電路如圖所示，是以PNP型厚基區(qū)GTR為主導(dǎo)元件、N溝道MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件的達(dá)林頓電路結(jié)構(gòu)器件，Rdr為GTR基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷由柵極電壓控制。柵極上加正向電壓時(shí)MOSFET內(nèi)部形成溝道，使IGBT高阻斷態(tài)轉(zhuǎn)入低阻通態(tài)。在柵極加上反向電壓后，MOSFET中的導(dǎo)電溝道消除，PNP型晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。3.工作特性工作特性(1)靜態(tài)特性靜態(tài)特性IGBT的靜態(tài)特性主要有輸出特性及轉(zhuǎn)移特性，如圖，輸出特性表達(dá)了集電極電流IC與集電極發(fā)射極間電壓UCE之間的關(guān)系，分飽和區(qū)、放大區(qū)及擊穿區(qū)。IGBT的轉(zhuǎn)移特性表示了柵極電壓UG對(duì)集電極電流IC的控制關(guān)系。在大部分范圍內(nèi)，IC與UG呈線性關(guān)系。a）輸出特性b）轉(zhuǎn)移特性(2)動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性IGBT的動(dòng)態(tài)特性即開(kāi)關(guān)特性，如圖，其開(kāi)通過(guò)程主要由其MOSFET結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)柵極電壓UG達(dá)開(kāi)啟電壓UG（th）后，集電極電流IC迅速增長(zhǎng)，其中柵極電壓從負(fù)偏置值增大至開(kāi)啟電壓所需時(shí)間td（on）為開(kāi)通延遲時(shí)間；集電極電流由10額定增長(zhǎng)至90額定所需時(shí)間為電流上升時(shí)間tri，故總的開(kāi)通時(shí)間為tontd（on）tri。10.2.7其他新型功率開(kāi)關(guān)器件其他新型功率開(kāi)關(guān)器件1.靜電感應(yīng)晶體管和靜電感應(yīng)晶閘管靜電感應(yīng)晶體管和靜電感應(yīng)晶閘管靜電感應(yīng)晶體管（SIT）和靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）是兩種結(jié)構(gòu)與原理有許多相似之處的新型高頻大功率電力電子器件，是利用靜電感應(yīng)原理控制工作電流的功率開(kāi)關(guān)器件。SIT和SITH具有功耗低，開(kāi)關(guān)速度高，輸入阻抗高，可用柵壓控制開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，在感應(yīng)加熱、超聲波加工、廣播發(fā)射等高頻大功率裝置以及逆變電源、開(kāi)關(guān)電源、放電設(shè)備電源等新型電源的應(yīng)用中具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。(1)靜電感應(yīng)晶體管（靜電感應(yīng)晶體管（SIT）SIT的結(jié)構(gòu)原理圖，分別為SIT符號(hào)SITH的符號(hào)。靜電感應(yīng)晶體管（SIT）是一種結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，于1970年已開(kāi)始研制。SIT的結(jié)構(gòu)如圖所示。在一塊摻雜濃度很高的N型半導(dǎo)體兩側(cè)有P型半導(dǎo)體薄層，分別引出漏極D、源極S和柵極G。(2)靜電感應(yīng)晶閘管（靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）又稱為場(chǎng)控晶閘管FCT（FieldControlledThyristor），其通斷控制機(jī)理與SIT類似。結(jié)構(gòu)上的差別僅在于SITH是在SIT結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)PN結(jié)，而在內(nèi)部多形成了一個(gè)三極管，兩個(gè)三極管構(gòu)成一個(gè)晶閘管而成為靜電感應(yīng)晶閘管。柵極不加電壓時(shí)，SITH與SIT一樣也處于通態(tài)，外加?xùn)艠O負(fù)電壓時(shí)由通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。由于SITH比SIT多了一個(gè)具有少子注入功能的PN結(jié)，所以SITH屬于兩種載流子導(dǎo)電的雙極型功率器件。實(shí)際使用時(shí)，為了使器件可靠地導(dǎo)通，常取56V的正柵壓而不是零柵壓以降低器件通態(tài)壓降。一般關(guān)斷SIT和SITH需要幾十伏的負(fù)柵壓。2.MOS控制晶閘管和集成門極換流晶閘管控制晶閘管和集成門極換流晶閘管(1)MOS控制晶閘管（控制晶閘管（MCT）MOS控制晶閘管（MCT）的靜態(tài)特性與晶閘管相似，由于它的輸入端由MOS管控制，MCT屬場(chǎng)控型器件,其開(kāi)關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電路比GTO的驅(qū)動(dòng)電路要簡(jiǎn)單；MCT的輸出端為晶閘管結(jié)構(gòu)，其通態(tài)壓降較低，與SCR相當(dāng)，比IGBT和GTR都要低。MCT出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，開(kāi)始發(fā)展很快，但其結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜，成品率不高，由于這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，目前MCT沒(méi)能投入實(shí)際使用。MCT的結(jié)構(gòu)類似于IGBT，是一種復(fù)合型大功率器件，它將PMOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動(dòng)功率及快開(kāi)關(guān)速度和晶閘管的高電壓、大電流、低導(dǎo)通壓降的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。其等值電路和符號(hào)如圖所示。(2)集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管（IGCT）集成門極換流晶閘管（IGCT）于20世紀(jì)90年代開(kāi)始出現(xiàn)。IGCT的結(jié)構(gòu)是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再將其門極驅(qū)動(dòng)器在外部以低電感方式連接成環(huán)狀的門電極。IGCT具有大電流、高電壓、高開(kāi)關(guān)頻率（比GTO高10倍）、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、損耗低、制造成品率高等特點(diǎn)。目前，IGCT已在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用，以后有可能取代GTO在大功率場(chǎng)合應(yīng)用的地位。a）MCT等值電路b）符號(hào)3.功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路近十多年來(lái)，功率半導(dǎo)體器件研制和開(kāi)發(fā)中的一個(gè)共同趨勢(shì)是模塊化。功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊（功率模塊）是把同類的開(kāi)關(guān)器件或不同類的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)器件，按一定的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接并封裝在一起的開(kāi)關(guān)器件組合體。模塊化可以縮小開(kāi)關(guān)電路裝置的體積，降低成本，提高可靠性，便于電力電子電路的設(shè)計(jì)、研制，更重要的是由于各開(kāi)關(guān)器件之間的連線緊湊，減小了線路電感，在高頻工作時(shí)可以簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)、緩沖電路的要求。功率模塊（PowerModule）最常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)、單相橋、三相橋以及它們的子電路，而同類開(kāi)關(guān)器件的串、并聯(lián)目的是要提高整體額定電壓、電流。如將功率半導(dǎo)體器件與電力電子裝置控制系統(tǒng)中的檢測(cè)環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路、故障保護(hù)、緩沖環(huán)節(jié)、自診斷等電路制作在同一芯片上，則構(gòu)成功率集成電路（PowerIntegratedCircuitPIC）。PIC中有高壓集成電路（HighVoltageICHVIC）、智能功率集成電路（SmartPowerICSPIC）、智能功率模塊（IntelligentPowerModuleIPM）等，這些功率模塊已得到了較為廣泛的應(yīng)用。IPM的原理框圖功率半導(dǎo)體器件及技術(shù)在實(shí)現(xiàn)電能變換與控制中十分重要，橫跨“電力”、“電子”和“控制”三個(gè)領(lǐng)域，構(gòu)成了利用弱電子控制強(qiáng)電力的橋梁，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、交通、能源等各個(gè)領(lǐng)域。隨著高電壓、大功率、高頻自關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件的不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，功率變換技術(shù)的日臻完善，極大地推動(dòng)了電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用，在電能產(chǎn)生、傳輸、儲(chǔ)存、變換、控制的各種環(huán)節(jié)都有很多典型應(yīng)用。10.3電源集成電路電源集成電路由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。一般的直流電源電路由以下四部分組成：電源變壓器，整流電路，濾波電路，和穩(wěn)壓電路。10.3.3直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路兩大類。前者使用起來(lái)簡(jiǎn)單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；后者體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路電路的組成及各部分的作用（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準(zhǔn)電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。采用集成運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路采用集成運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路其電路組成部分、工作原理及輸出電壓的計(jì)算與前述電路完全相同，唯一不同之處是放大環(huán)節(jié)采用集成運(yùn)算放大器而不是晶體管。4.集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個(gè)接線端子。如W78和W79系列穩(wěn)壓器。W78系列輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，若要獲得負(fù)輸出電壓選W79系列即可。例如W7805輸出+5V電壓，W7905則輸出5V電壓。這類端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達(dá)1.52.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為23V，輸出電壓變化率為0.10.2。5.外形和管腳排列外形和管腳排列如圖為W78*和W79*系列集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路，經(jīng)過(guò)整流，濾波后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓Ui加到穩(wěn)壓器的輸入端和公共端之間，在輸出端和公共端之間取得穩(wěn)定的直流電壓。輸入端接入的電容Ci的作用是防止自激振蕩，一般取值0.33uF，輸出端接入的電容Co的作用是改善輸出特性，典型取值約為1uF，為了能讓穩(wěn)壓器正常工作，其輸入電壓Ui應(yīng)至少比輸出電壓Uo高23V。10.4汽車照明專用汽車照明專用LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器汽車制造商越來(lái)越多地利用最新固態(tài)LED照明技術(shù)提高車型的美感和性能，將這些更輕、更小和更可靠的器件用于內(nèi)部和外部照明。與用作內(nèi)部照明的白熾燈和用作前燈及剎車燈的HID燈以及鹵素?zé)粝啾?，大功率LED的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越多，例如，可降低長(zhǎng)期成本并具有更長(zhǎng)的壽命等。每種汽車LED應(yīng)用采用哪種DC/DC轉(zhuǎn)換器集成電路及拓?fù)溆梢韵乱蛩貨Q定：a、拓?fù)銵ED電壓與電池電壓范圍之間的關(guān)系決定采用降壓、升壓還是降壓升壓型拓?fù)?，所采用的拓?fù)浔仨毮茉谡麄€(gè)電池電壓范圍內(nèi)控制LED電流，使其保持恒定。b、調(diào)光大比例LED調(diào)光必須在所有亮度等級(jí)上保持顏色特性不變，并避免眼睛可看出的波動(dòng)或振蕩。c、效率在驅(qū)動(dòng)高亮度（HB）LED時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器的高效率工作和低功耗是關(guān)鍵要求，因?yàn)楣β蕮p耗在不工作期間會(huì)導(dǎo)致電池電量的消耗，而在工作期間，功率損耗會(huì)轉(zhuǎn)化成熱量，給散熱壓力很大的汽車環(huán)境造成更大壓力。1.驅(qū)動(dòng)單個(gè)驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED具250:1PWM調(diào)光比的LT3474高壓降壓型1ALED驅(qū)動(dòng)器如圖是一個(gè)具有調(diào)光功能的單個(gè)LED內(nèi)部照明電路。單個(gè)LT3474LED降壓型穩(wěn)壓器的效率在12VIN、LED電流高于200mA時(shí)高于80%降壓型LT3474驅(qū)動(dòng)單個(gè)或多個(gè)LED對(duì)比圖降壓型LT3474以高效率驅(qū)動(dòng)單個(gè)或多個(gè)LED2.PWM調(diào)光和亮度控制調(diào)光和亮度控制圖中的LED亮度可以在LT3474上控制,將一個(gè)模擬電壓輸入到VADJ引腳,或?qū)⒁粋€(gè)數(shù)字PWM信號(hào)接到PWM調(diào)光MOSFET的柵極和PWM引腳上即可。模擬亮度控制通過(guò)降低內(nèi)部檢測(cè)電阻電壓將恒定LED電流從1A降至更低的值。這種降低LED亮度的方法確實(shí)簡(jiǎn)單易行,但是在更低電流時(shí)LED電流的準(zhǔn)確度卻降低了,而且LED光線的顏色也會(huì)變化。另一種降低LED亮度的方法是數(shù)字PWM調(diào)光。當(dāng)在1A恒定電流上對(duì)單個(gè)白光LED調(diào)光時(shí),與LED串聯(lián)的PWM.當(dāng)PWM接通期間LED和PWMMOSFET接通時(shí),可以非常好地對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。在PWM斷開(kāi)期間,電流為零。這樣,任何LED的顏色和真彩特性都可以保持不變,同時(shí)降低了亮度。LT3474PWM調(diào)光LED電流波形LT3474PWM調(diào)光LED電流波形LT3474LED電流與VADJ引腳電壓3.信號(hào)指示燈、尾燈和前燈照明信號(hào)指示燈、尾燈和前燈照明外部信號(hào)指示燈、尾燈和前燈需要功率最大的DC/DCLED驅(qū)動(dòng)器,因?yàn)樗鼈兪褂玫腖ED最亮,數(shù)量也最多。盡管由于熱量和穩(wěn)流限制,極亮的LED前燈尚不常見(jiàn),但是紅色和黃褐色的剎車燈和信號(hào)指示燈卻由于其卓越的美感和耐用性而越來(lái)越普遍。驅(qū)動(dòng)大功率黃褐色和紅色LED串對(duì)內(nèi)部照明和照明微調(diào)帶來(lái)了類似的挑戰(zhàn),但挑戰(zhàn)的艱巨性是不同的。一般情況下,高調(diào)光比不是必需的,但是簡(jiǎn)單的接通/斷開(kāi)和高/低亮度功能卻很有用。大功率LED串的電壓通常超出了汽車電池的電壓范圍,因此需要一個(gè)同時(shí)具有升壓和降壓能力的LED驅(qū)動(dòng)器。降壓升壓型LED驅(qū)動(dòng)器降壓升壓型LT3477以80%的效率驅(qū)動(dòng)剎車燈和信號(hào)指示燈1ALED串大功率LED驅(qū)動(dòng)器LTC3783用于8x1.5A紅光LED的LTC3783剎車燈LED驅(qū)動(dòng)器LTC3783大功率LED驅(qū)動(dòng)器的使用非常靈活,它也可以用作大功率升壓型穩(wěn)壓器,將LED串連接到地而不是VIN,就變成了升壓型拓?fù)?這可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)60W的更高電壓LED串。在這種情況下,LED串的電壓要求高于36V的最高電池電壓,而且在車燈關(guān)閉時(shí),LED的斷接是通過(guò)PWM引腳完成的。采用非常亮的白光LED高流明前燈應(yīng)用很快就會(huì)采用這種大功率LED的升壓型拓?fù)潋?qū)動(dòng)方式。有很多不同的汽車LED應(yīng)用需要專用大功率、但簡(jiǎn)單和高效的LED驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)應(yīng)用的不同有不同的LED組合,但是各種組合都需要在斷開(kāi)時(shí)電流消耗低、高PWM和模擬調(diào)光比以及卓越的LED穩(wěn)流性能。凌特公司提供各種不同的汽車LED驅(qū)動(dòng)器以克服所有這些挑戰(zhàn)。