功率器件的选择

由于本设计中的变换器的应用场合的电压和电流都比较大，则除考虑效率因素外，选择高性能功率器件是保证功放性能的重要环节。功率器件的特性主要有安全特性、开关特性和驱动特性等。当负载功率和频响等指标已知时，即可确定功率器件的主要参数，除此之外，还要考虑器件的经济性、驱动电路是否简单、安装和散热方法等。

随着电子器件的发展和现代功率电子技术的成熟，新型功率半导体器件越采越多，在设计中应根据实际需要选择合适的功率器件。

1）在几百kV·A以上的大容量和超大容量的逆变电路中，开关器件主要以GT0为主，如高压直流输电、大型电机驱动、超大型UPS和大型化学电源，其容量都在几百kV·A以上。但是在某些工频场合下，有时也用SCR和TRIS，其中SCR主要还用于整流式电源设各。

2）在几kV·A到几百kV·A甚至上MV·A的中大容量的逆变器中，主开关器件将以IGBT为主，GTR虽然也已被广泛地应用，但是由于其具有驱动功耗大、开关速度慢和二次击穿问题等不足，因此将逐步被IGBT和其他新型开关器件所取代。这个容量等级的逆变器最多，应用也最普遍，如交流电机变频调速、UPS、逆变式弧焊电源、通信开关电源、有源滤波装置、感应加热等。这类逆变器的逆变频率一般为1OW、25kHz，电源的容量密度适中，比较理想，并且噪声也比较小。

3）在几kW以下的逆变电源中，主开关器件以VMOSFET为主，逆变频率为几十kHz至几百kHz，有的还高达1MHz以上。这类电源的容量密度高，噪声很小。如小型UPS、小型变频器、医用电源、照明、汽车、家用电器、小型开关电源、逆变器、电磁灶等。MOSFET属于单极型、电压驱动控制晶体管器件。当门控电压足够高时，器件完全导通，近似于闭合开关；当门控电压低于门阈值时，器件关断。它不但有自关断能力，而且有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点，常用于中低压场合，适合本设计。

根据电力电子开关器件的发展和各种开关器件的性能特点，在设计逆变器电路时，对于主电路中功率开关器件的选择一般应该遵循以下几个指导原则：

由于功率开关器件的性能参数对逆变电路的性能起着非常关键的作用，则选择功率MOSFET时主要考虑功率管的静态特性和动态特性。功率管的静态特性主要指功率MOSFET的输出特性、饱和待性、转移特性等；与静态特性有关的参数主要有通态电阻、开启电压、跨导、最大电压额定值和最大电流额定值。动态特性主要影响功率MOSFET的开关过程，它和GTR的开关过程相似，也分为几个阶段；但是由于功率MOSFET是单极型器件，是靠多数载流子传导电流的，本身的电阻效应和渡越效应对开关过程的影响可以忽略不计，因此在开关工作的机理上又与GTR有较大的差别。

在实际应用中，主要考虑功率开关的以下几个参数要求：功率开关在关断状态时，电路中流过的电流（即漏电流ioff）这个电流应尽量小；功率开关在导通状态时，开关的自身的电压降（Von），这个值应尽可能的小；功率开关从导通状态变为关断状态的时间（ton）和从关断状态变为导通状态的时间（toff）尽可能小；用小的控制信号就能够实现功率开关的导通及关断；功率开关即使在高速长时间反复导通与关断的情况下工作，也不会损坏，也就是说要有较高的工作频率（f）此外，体积小、重量轻、价格便宜也是设计者常常要考虑的因素。

在本系统中，负载的驱动电流最大为5A，供电电压为12V，开关频率取20kHz，采用IRE公司的IRF540作为主功率管已经能够满足系统的动态和静态要求。