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  • 开关管的电压尖峰抑制方法介绍
    • 发布时间:2024-10-10 20:03:41
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    开关管的电压尖峰抑制方法介绍
    演示的电路还是上次的那副800uH电感的电路,
    开关管的电压尖峰抑制
    电压尖峰演示电路
    通过上次的实验我们知道,在90V电源下,800uH电感能让开关管产生300V左右的电压尖峰,开关管本身最大的电压也就100V,考虑容限,这里就认为开关管的最大耐受电压是110V,300V的电压尖峰就足以击穿该开关管了。
    想到电压尖峰问题,我们有可能想到的第一种办法就是选择一个TVS管或者稳压管进行电压尖峰钳位到安全的工作电压范围内,
    理论上,TVS管是个好方法,但是并不是所有的情况都合适,理由如下
    开关管的电压尖峰抑制
    电压尖峰处的功率
    由图可知,在电压尖峰凸起处,瞬时的功率达到了0.4MW到1MW
    哇!这是个多么恐怖的功率,然而市面上的单个TVS或者稳压管管几乎不可能难做到这么大的耐受功率(常规的防护TVS也才几千瓦而已,并且也只是在短时浪涌防护暂时作用,稳压管的功率更小),因此该方案在大功率的场合变得不适用,但是该方案对于一些小功率的开关管短时动作还是可以试一试的,因为只要尖峰的瞬间的功率小,尖峰时间断,通过选用一个功率合适的就可以解决开关管的电压尖峰的问题,通常也不推荐使用。
    我们直接低电平强制关断开关管会存在一个问题,突然关断就让整个回路电流发生很大的变化,根据UL=L*di/dt就知道在电感上会产生很大的电压,这就是产生电压尖峰的原因,因此我们要在关断时,能对电压尖峰进行监测,超标的电压尖峰产生时,我们要立即升点门极电压,减小整个电感回路的阻抗,阻抗变小了,电感就可以顺畅的进行电流泄放啦,电感不在傻乎乎的靠提自己两端的电压进行高阻抗回路的电流泄放!
    但是超标电压尖峰怎么检测呢,不可能实时拿个示波器在哪里卡吧,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调整门极电压,因此人为机械的检测和调整不太现实了,我们要怎么办呢?
    这个时候,我们发现TVS或者稳压管能派上用处了,我们利用TVS或者稳压管在过压的情况的泄放电流对门极电压再次提升,整个回路的阻抗变小,电感的电压就不会再次上升,因此电压尖峰就不会继续变大,但是通过前面的阐述,电压尖峰处的功率很大,因此单个TVS或者稳压管是不行的。
    既然单个TVS或者稳压管不能满足设计要求,我们就干脆多串几个TVS或者稳压管,让多个TVS或者稳压管击穿后对电压尖峰进行泄放电流,让泄放的电流再次对开关管的门极充电,让门极电压抬高,让开关管再次动作,这个动作不一定是完全开通,可能让开关管工作在线性区或者还是处于关断区,关键要看我们使用多少的个TVS或者稳压管串联了,同时串联的的总钳位电压在开关管的正常工作范围内。
    在同样的电压尖峰下,串联的TVS或者稳压管越少,那么泄放电流越大,开关管门极电压就可能越大,开关管就越可能完全开通;串联越多,泄放电流越小,开关管就可能不开通或者进入线性区。
    为了提高效果明显,我把控制信号的边沿斜率提高了,门极展开的边缘挺好的,斜率很大
    开关管的电压尖峰抑制
    门极控制的电压
    开关管的耐压依旧100V,90V直流电源供电,4uH电感,实验电路如下,
    开关管的电压尖峰抑制
    电压尖峰抑制演示电路
    此时不接稳压管的情况下,电压尖峰为160V附近,
    开关管的电压尖峰抑制
    电压尖峰大概到160V左右
    接着我们串联三个30V的稳压管到开关管的集电极和门极之间,我们再来仿真
    开关管的电压尖峰抑制
    三个稳压管抑制电压尖峰
    门极电压关断时刻的边沿被电压尖峰的泄放电流影响变缓和了,没有原来的陡峭,
    开关管的电压尖峰抑制
    门极被稳压管的工作电流变的缓慢下降
    此时开关管的阻抗没有原来变化的那么快了,这就使得电感这个傻白甜不会傻乎乎的通过提高电压泄放电流了
    开关管的电压尖峰抑制
    电压尖峰被抑制到了105V附近
    正因为如此,电压尖峰也被抑制下来了,变为了105V,开关管的小命被稳压管救下来了。
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