電源設(shè)計注意事項分析

在本文中，我們將看到一個包含噪聲和感應(yīng)負(fù)載尖峰的模擬。一個RC網(wǎng)絡(luò)或一個二極管可以節(jié)省你的mosfet和你的電路。使用的主要電子軟件是LTspice，一個高性能的SPICE仿真軟件、原理圖捕捉和波形查看器，它具有增強(qiáng)功能和簡化模擬電路模擬的模型。

帶電阻負(fù)載的簡單電路

電源開關(guān)非常重要。它們的操作決定了產(chǎn)品的可靠性和效率。為了改善開關(guān)電路的性能，在功率開關(guān)之間放置抑制器來抑制電壓峰值，并在開關(guān)打開時抑制電路電感引起的振蕩。良好的抑制器設(shè)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(guān)元件的MOSFET驅(qū)動一個8Ω的電阻負(fù)載。對MOSFET進(jìn)行少量加熱是完全正常的。如果我們把柵極電位設(shè)置為10V，我們就可以把MOSFET切換到“on”狀態(tài)。在這種情況下，它的內(nèi)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。

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(guān)閉”狀態(tài)。在這種情況下，它的內(nèi)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(zhuǎn)。對于許多類型的開關(guān)設(shè)備，即使連接到電阻負(fù)載，也會產(chǎn)生輸出峰值，其特征是持續(xù)時間很短。這些峰值（約2V）是不危險的，可以減少或消除使用并聯(lián)電容器。

使用的MOSFET是IRF530。讓我們來看看它的絕對最大額定值：

VDS:100伏

VGS：±20伏

連續(xù)漏極電流（10 V和TC=25°C下的VGS）：14 A

連續(xù)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(jìn)行的模擬都包含在它的電學(xué)極限之內(nèi)。

與感應(yīng)負(fù)載相同的電路

現(xiàn)在讓我們用感性負(fù)載而不是電阻負(fù)載來檢查相同的電路。感應(yīng)負(fù)載（電動機(jī)、變壓器、線圈等）的存在是非常關(guān)鍵的。柵極的每個矩形脈沖對應(yīng)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(dá)到幾千伏的電壓。這些電壓尖峰被稱為“感應(yīng)反彈”。顯然，它們可能對負(fù)載和電路造成危險。危險的電壓電弧也可能出現(xiàn)。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(dāng)MOSFET“打開”時，電流流過電感，情況良好。感應(yīng)負(fù)載儲存了感應(yīng)能量。當(dāng)晶體管“關(guān)”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(nèi)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。

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(qū)動一個大電機(jī)，破壞的風(fēng)險非常高。峰值電壓與線圈的電感成正比。峰值的持續(xù)時間以微秒為單位。

為了降低峰值電壓，一個RC抑制器被應(yīng)用到MOSFET上。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(dāng)?shù)姆匠淌阶屑?xì)計算R（減速）和C（減速）的值。

現(xiàn)在峰值電壓已經(jīng)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(fù)載只有電阻，則不需要RC抑制器。

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(xiàn)低振蕩。在這種情況下，只需將一個小電容并聯(lián)在齊納二極管上就足夠了。
責(zé)任編輯：tzh