工程师技术分享：基于BUCK调压的小功率高压电源

感应电势将克服电容器电压使二极管D承受正偏导通，形成L→C、R→D→L的续流回路。

开关闭合时电感电流增加，开关断开时电感电流下降，电容的充、放电电流在一个周期内的平均值等于零，即：在电容充电电流大于零。(2)主开关管及续流二极管的选择

VDMOS管为电压控制器件，驱动容易，没有二次击穿现象，热稳定性好，安全工作区(SOA)大，开关速度快，开关损耗小，就目前VDMOS管的制造水平，在高频中小功率范围，尤其在高电压小电流或低电压大电流应用场合，VDMOS管具有很高的性能价格比，值得优先选用。本设计Ui

=300V，ILM=1A，功率开关属于高电压小电流工作，实际选用的功率场效应管型号是IRF840，其主要参数如下：

最大反压VDSVDS：500V

连续工作电流ID：8A

峰值电流IDM：32A

导通电阻Ron：0.85Ω

开通时间ton：lOns

关断时间toff：9ns

续流二极管的正向额定电流必须大于最大负载电流，耐压必须大于输入电压，且留有余量，此外，另一个根重要的考虑是为减因漏感和引线电感产生的尖峰电压，续流二极管宜采用反向恢复时间短，具有软恢复特性的肖特基二极管(SBD)，实际采用的型号是FR307，其反向电压为700V，正向额定电流为3A。

(3)仿真波形图

BUCK电路如图3所示，电路采用串联开关降压式结构，其中Q为功率场效应管MOSFET。ton期间，控制信号使Q导通，电流增大，电感储能;toff期间，Q关断，电感电流经续流二极管D向负载释放能量。对BUCK部分进行仿真，得到如下波形：

如图4所示，Buck电路的输出电压保持在140V左右，电感电流呈现脉动形状，在开关闭合时电感电流增加，开关断开时电感电流下降。开关频率为100kHz,占空比为45%。

(1)半桥逆变电路工作原理半桥逆变电路原理图如图5所示，它有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的联结点便成为直流电源的中点。负载联接在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。

设开关器件V1和V2 的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。当负载为感性时，其工作波形如图6所示。输出电压uo 为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。输出电流io 波形随负载情况而异。设t2时刻以前V1为通态，V2为断态。t2时刻给V1 关断信号，给V2开通信号，则V1 关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方向，于是VD2导通续流。当t3时刻t0降为零时，VD2截止，V2开通，io 开始反向。同样，在t4时刻给V2关断信号，给V2开通信号后，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻V1 才开通。各段时间内导通器件的名称标于图6的下部。当V1或V2 为通态时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量;而当VD1或VD2 为通态时，负载电流和电压反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈，即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中。直流侧电容器起缓冲这种无功能量的作用。因为二极管VD1、 VD2 是负载向直流侧反馈能量的通道，故称为反馈二极管;又因为VD1和VD2 起着使负载电流连续的作用，因此又称为续流二极管。

当可控器件是不具有门极可关断能力的晶闸管时，必须附加强迫换流电路才能正常工作。

半桥逆变电路的优点是简单，使用器件少。其缺点是输出交流电压的幅值Um仅为Ud /2，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡。因此，半桥逆变电路常用于几KW以下的小功率逆变电源。

(2)开关器件的选取

在调压及逆变电路中，开关器件起着核心的作用。开关器件有很多种，如按功率等级来分类，有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等：按制造材料分类有锗管、硅管等;按导电机理分类有双极型器件、单极型器件、混合型器件等;按控制方式来分类，可分为不可控器件、半可控器件和全可控器件三类器件：不可控器件包括整流二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管等：半可控器件包括普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等;全可控器件包括功率晶体管(BJT)、功率场效应管功率场效应管(Power MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、

静电感应晶体管(SIT)、可关断晶闸管(GTO)、静电感应晶闸管(SITH)等。在选取开关器件时，主要可从以下五个方面考查电器件的性能特点：①导通压降，②运行频率，③器件容量，④耐冲击能力，⑤可靠性。

在本系统中，需要全控性的(能够自关断)开关器件，IGBT是具有功率MOSFET高速开关特性和双极晶体管的低导通电压特性的两者优点并存的电力半导体器件，可以高速开关、耐高压和大电流，所以本设计选取MOSFET作为开关器件。

(3)主要参数计算及仿