帶電阻負載的簡單電路

 

電源開關非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。它(ta)們(men)的(de)操(cao)作(zuo)決(jue)定(ding)了(le)產(chan)品(pin)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)效(xiao)率(lv)。為(wei)了(le)改(gai)善(shan)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)的(de)性(xing)能(neng)

，在(zai)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)之(zhi)間(jian)放(fang)置(zhi)抑(yi)製(zhi)器(qi)來(lai)抑(yi)製(zhi)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)，並(bing)在(zai)開(kai)關(guan)打(da)開(kai)時(shi)抑(yi)製(zhi)電(dian)路(lu)電(dian)感(gan)引(yin)起(qi)的(de)振(zhen)蕩(dang)。良(liang)好(hao)的(de)抑(yi)製(zhi)器(qi)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)帶(dai)來(lai)更(geng)高(gao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)、更高的效率和更少的電磁幹擾（EMI）。讓我們從一個簡單的電路開始，其中作為開關元件的MOSFET驅動一個8Ω的電阻負載（圖1）。對MOSFET進行少量加熱是完全正常的。如果我們把柵極電位設置為10V，我們就可以把MOSFET切換到“on”狀態。在這種情況下，它的內阻很低，元件就像是一根閉合的電線。漏極上的電壓接近0伏。電流流過電阻器和MOSFET。

 

圖1:MOSFET驅動電阻負載。

 

相反地，如果我們在MOSFET的柵極上施加0伏的電壓

，組件就會切換到“關閉”狀態。在這種情況下，它的內阻非常高
，就好像電路中沒有元件一樣。電阻器上沒有電流，也沒有電壓。通過對MOSFET施加頻率為1khz的de脈mai衝chong信xin號hao，漏lou極ji輸shu出chu遵zun循xun與yu柵zha極ji相xiang同tong的de波bo形xing，但dan具ju有you相xiang位wei反fan轉zhuan。對dui於yu許xu多duo類lei型xing的de開kai關guan設she備bei，即ji使shi連lian接jie到dao電dian阻zu負fu載zai，也ye會hui產chan生sheng輸shu出chu峰feng值zhi，其qi特te征zheng是shi持chi續xu時shi間jian很hen短duan，如ru圖tu2所示。這些峰值（約2V）是不危險的
，可以減少或消除使用並聯電容器。

 

圖2：漏極上的峰值

 

使用的MOSFET是IRF530（圖3）。讓我們來看看它的絕對最大額定值：

 

VDS:100伏

 

VGS：±20伏

 

連續漏極電流（10 V和TC=25°C下的VGS）：14 A

 

連續漏極電流（10 V和TC=100°C下的VGS）：19 A

 

脈衝漏極電流：56A

 

最大功耗（TC=25°C）：88 W

 

RDS（開）：0.16Ω

 

用MOSFET進行的模擬都包含在它的電學極限之內。

 

圖3:MOSFET IRF530

 

與感應負載相同的電路

 

現在讓我們用感性負載而不是電阻負載來檢查相同的電路（圖4）。感應負載（電動機
、變壓器
、線圈等）的存在是非常關鍵的。柵極的每個矩形脈衝對應於漏極上的一個非常高的峰值。這些峰值比以前的寬得多（有幾微秒的長度），可以達到幾千伏的電壓。這些電壓尖峰被稱為“感應反彈”。顯然
，它們可能對負載和電路造成危險。危險的電壓電弧也可能出現。如果電壓尖峰足夠高
，就有可能破壞MOSFET和其他與之相連的元件。為什麼會有這麼大的山峰？當MOSFET“打開”時

，電流流過電感，情況良好。感應負載儲存了感應能量。當晶體管“關”時，線圈的電流不能立即改變，仍然有電流流過電感器。這個電流決定了幾分鍾內的電位差很大。但是
，請注意，電路V（漏極）的輸出電壓的平均值為12 V
，其RMS值約為168 V。

 

圖4:MOSFET驅動感應負載。

 

我們可以在漏極上看到巨大的電壓尖峰。有時
，小線圈的小尖峰並不能破壞元件，但如果MOSFET驅動一個大電機，破壞的風險非常高。峰值電壓與線圈的電感成正比
，如圖5所示。峰值的持續時間以微秒為單位。

 

圖5：峰值電壓與線圈電感成正比。

 

為了降低峰值電壓，一個RC抑製器被應用到MOSFET上，如圖6所(suo)示(shi)。通(tong)常(chang)，緩(huan)衝(chong)器(qi)由(you)一(yi)個(ge)低(di)值(zhi)電(dian)阻(zu)和(he)一(yi)個(ge)小(xiao)電(dian)容(rong)組(zu)成(cheng)。電(dian)阻(zu)值(zhi)必(bi)須(xu)與(yu)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)諧(xie)振(zhen)電(dian)阻(zu)值(zhi)相(xiang)似(si)。抑(yi)製(zhi)器(qi)的(de)電(dian)容(rong)必(bi)須(xu)大(da)於(yu)諧(xie)振(zhen)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)容(rong)
，但(dan)必(bi)須(xu)足(zu)夠(gou)小(xiao)，以(yi)使(shi)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)功(gong)耗(hao)保(bao)持(chi)在(zai)最(zui)小(xiao)。必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)適(shi)當(dang)的(de)方(fang)程(cheng)式(shi)仔(zai)細(xi)計(ji)算(suan)R（減速）和C（減速）的值。

 

圖6：典型的RC抑製器

 

現在峰值電壓已經從3000伏下降到70伏左右，從電子元件的危險角度來看是無害的。如果負載隻有電阻，則不需要RC抑製器。圖7顯示了另一個使用鉗位齊納二極管的示意圖。

 

圖7：鉗位齊納二極管

 

在這種情況下，峰值也會降低。在某些情況下
，在某些頻率下，可能會出現低振蕩（圖8）。在這種情況下，隻需將一個小電容並聯在齊納二極管上就足夠了。

 

圖8:MOSFET漏極上約56khz的振蕩

 

 

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