帶電阻負載的簡單電路

 

電源開關非常重要。它們的操作決定了產品的可靠性和效率。為了改善開關電路的性能，在功率開關之間放置抑制器來抑制電壓峰值，并在開關打開時抑制電路電感引起的振蕩。良好的抑制器設計可以帶來更高的可靠性、更高的效率和更少的電磁干擾（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的脈沖信號，漏極輸出遵循與柵極相同的波形，但具有相位反轉。對于許多類型的開關設備，即使連接到電阻負載，也會產生輸出峰值，其特征是持續時間很短，如圖2所示。這些峰值（約2V）是不危險的，可以減少或消除使用并聯電容器。

 

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

 

脈沖漏極電流：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。柵極的每個矩形脈沖對應于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。為什么會有這么大的山峰？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鐘內的電位差很大。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，小線圈的小尖峰并不能破壞元件，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抑制器被應用到MOSFET上，如圖6所示。通常，緩沖器由一個低值電阻和一個小電容組成。電阻值必須與電感器的諧振電阻值相似。抑制器的電容必須大于諧振電路的電容，但必須足夠小，以使電阻器的功耗保持在最小。必須使用適當的方程式仔細計算R（減速）和C（減速）的值。

 

圖6：典型的RC抑制器

 

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。如果負載只有電阻，則不需要RC抑制器。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，只需將一個小電容并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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