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  • 開關管的電壓尖峰抑制方法介紹
    • 發布時間:2024-10-10 20:03:41
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    開關管的電壓尖峰抑制方法介紹
    演示的電路還是上次的那副800uH電感的電路,
    開關管的電壓尖峰抑制
    電壓尖峰演示電路
    通過上次的實驗我們知道,在90V電源下,800uH電感能讓開關管產生300V左右的電壓尖峰,開關管本身最大的電壓也就100V,考慮容限,這里就認為開關管的最大耐受電壓是110V,300V的電壓尖峰就足以擊穿該開關管了。
    想到電壓尖峰問題,我們有可能想到的第一種辦法就是選擇一個TVS管或者穩壓管進行電壓尖峰鉗位到安全的工作電壓范圍內,
    理論上,TVS管是個好方法,但是并不是所有的情況都合適,理由如下
    開關管的電壓尖峰抑制
    電壓尖峰處的功率
    由圖可知,在電壓尖峰凸起處,瞬時的功率達到了0.4MW到1MW
    哇!這是個多么恐怖的功率,然而市面上的單個TVS或者穩壓管管幾乎不可能難做到這么大的耐受功率(常規的防護TVS也才幾千瓦而已,并且也只是在短時浪涌防護暫時作用,穩壓管的功率更小),因此該方案在大功率的場合變得不適用,但是該方案對于一些小功率的開關管短時動作還是可以試一試的,因為只要尖峰的瞬間的功率小,尖峰時間斷,通過選用一個功率合適的就可以解決開關管的電壓尖峰的問題,通常也不推薦使用。
    我們直接低電平強制關斷開關管會存在一個問題,突然關斷就讓整個回路電流發生很大的變化,根據UL=L*di/dt就知道在電感上會產生很大的電壓,這就是產生電壓尖峰的原因,因此我們要在關斷時,能對電壓尖峰進行監測,超標的電壓尖峰產生時,我們要立即升點門極電壓,減小整個電感回路的阻抗,阻抗變小了,電感就可以順暢的進行電流泄放啦,電感不在傻乎乎的靠提自己兩端的電壓進行高阻抗回路的電流泄放!
    但是超標電壓尖峰怎么檢測呢,不可能實時拿個示波器在哪里卡吧,那也太傻白甜了!即使你有那么大的功夫,但是你也不可能很快的調整門極電壓,因此人為機械的檢測和調整不太現實了,我們要怎么辦呢?
    這個時候,我們發現TVS或者穩壓管能派上用處了,我們利用TVS或者穩壓管在過壓的情況的泄放電流對門極電壓再次提升,整個回路的阻抗變小,電感的電壓就不會再次上升,因此電壓尖峰就不會繼續變大,但是通過前面的闡述,電壓尖峰處的功率很大,因此單個TVS或者穩壓管是不行的。
    既然單個TVS或者穩壓管不能滿足設計要求,我們就干脆多串幾個TVS或者穩壓管,讓多個TVS或者穩壓管擊穿后對電壓尖峰進行泄放電流,讓泄放的電流再次對開關管的門極充電,讓門極電壓抬高,讓開關管再次動作,這個動作不一定是完全開通,可能讓開關管工作在線性區或者還是處于關斷區,關鍵要看我們使用多少的個TVS或者穩壓管串聯了,同時串聯的的總鉗位電壓在開關管的正常工作范圍內。
    在同樣的電壓尖峰下,串聯的TVS或者穩壓管越少,那么泄放電流越大,開關管門極電壓就可能越大,開關管就越可能完全開通;串聯越多,泄放電流越小,開關管就可能不開通或者進入線性區。
    為了提高效果明顯,我把控制信號的邊沿斜率提高了,門極展開的邊緣挺好的,斜率很大
    開關管的電壓尖峰抑制
    門極控制的電壓
    開關管的耐壓依舊100V,90V直流電源供電,4uH電感,實驗電路如下,
    開關管的電壓尖峰抑制
    電壓尖峰抑制演示電路
    此時不接穩壓管的情況下,電壓尖峰為160V附近,
    開關管的電壓尖峰抑制
    電壓尖峰大概到160V左右
    接著我們串聯三個30V的穩壓管到開關管的集電極和門極之間,我們再來仿真
    開關管的電壓尖峰抑制
    三個穩壓管抑制電壓尖峰
    門極電壓關斷時刻的邊沿被電壓尖峰的泄放電流影響變緩和了,沒有原來的陡峭,
    開關管的電壓尖峰抑制
    門極被穩壓管的工作電流變的緩慢下降
    此時開關管的阻抗沒有原來變化的那么快了,這就使得電感這個傻白甜不會傻乎乎的通過提高電壓泄放電流了
    開關管的電壓尖峰抑制
    電壓尖峰被抑制到了105V附近
    正因為如此,電壓尖峰也被抑制下來了,變為了105V,開關管的小命被穩壓管救下來了。
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