高頻開關(guān)電源主要元器件的基本知識介紹。這類電源都是變壓器原邊先高壓直接整流，再經(jīng)IGBT(絕緣柵雙極大功率晶體管)模塊調(diào)制為20~40千赫的高頻開關(guān)脈動直流，流經(jīng)變壓器降壓為低壓大電流。模塊內(nèi)由數(shù)只IGBT管并聯(lián)而成，為最關(guān)鍵元器件。

IGBT屬第四代大功率三極管。第一代為單支雙極型三極管，其放大倍數(shù)很小，驅(qū)動電流很大。第二代為達(dá)林頓管，內(nèi)部為兩支復(fù)合三極管，放大倍數(shù)為其乘積，驅(qū)動功率大大下降；熱損失小，但并聯(lián)使用均流麻煩。第三代為功率場效應(yīng)(VMOS)管，優(yōu)點(diǎn)是柵極與源極和漏極是絕緣的，只需電壓激勵，可高速開關(guān)，無二次擊穿，具恒流特性及負(fù)溫度系數(shù)，可簡單并聯(lián)不必均流而擴(kuò)展功率；缺點(diǎn)是管壓降大，不易做出高電壓管。第四代大功率三極管即為IGBT,它兼具有VMOS管電壓激勵等優(yōu)點(diǎn)，又具有達(dá)林頓管管壓降較低的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際激勵功率比VMOS管稍大，管壓降又比達(dá)林頓管稍大。

IGBT易制成1200伏以上高壓管，這對原邊整流時有利。IGBT也有一個缺點(diǎn)，方波開關(guān)輸出脈沖后沿有約1微秒長的拖尾電流，造成開關(guān)損耗。如西門子公司的BUP304當(dāng)開關(guān)頻率為20千赫、工作電壓為500伏，輸出電流為5安時，其脈沖拖尾造成的開關(guān)損耗功率達(dá)5瓦。若采用諧振開關(guān)(軟開關(guān))驅(qū)動技術(shù)，才可減少甚至消除拖尾損耗。可見，IGBT模塊的發(fā)熱量仍然很大，需龐大散熱器并用風(fēng)冷或水冷強(qiáng)制冷卻。處置不當(dāng)，高頻開關(guān)電源節(jié)電效果就不明顯。特別當(dāng)其高頻頻率特性不良而又強(qiáng)制高頻使用時，不但發(fā)熱量大且很易損壞。

高頻開關(guān)電源必不可少的另一重要部件為高頻變壓器，起降壓和隔離高低壓之用，為簡化電路，多采用單端變換器(另有半橋、全橋、推挽等方式)。由于工作頻率高，鐵芯不能用矽鋼片，而用鐵氧體材料。大功率時多用環(huán)形而不用罐形。由于大功率整流器的變壓器多用多股漆包線并接或直接用銅板作次級(此時多為一匝)，因而原邊繞組圈數(shù)變化不大。其電感量主要取決于鐵氧體質(zhì)量及截面積。變壓器損耗有銅損及鐵損兩部分。銅損取決于銅線及銅排電阻，銅質(zhì)越好、截面積越大，則電阻越小、銅損也越小。但要保證線徑，磁芯就得大，成本要升高。鐵損與鐵氧體質(zhì)量(允許峰值磁通密度等指標(biāo))、脈沖頻率、磁芯截面積等因素相關(guān)，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。一般而言，高頻變壓器發(fā)熱都嚴(yán)重，溫度甚至超過100劣值磁芯可能發(fā)熱斷裂，所以也必須強(qiáng)制冷卻