开关管的特性及使用注意事项

上期我们讲解了开关电源中的DC-AC类，也就是逆变器的原理。

这期我们聊聊开关管的一些特性，特别是在运用开关管需要注意的问题。

理想的开关管就直接认为就是一个开关，只要对应的门极电压够了就能保证开关管。开关的目的就是对电路各个回路的投切，实现不同的功能，不要把它看得很复杂，你只要知道它是一个电压控制的开关，只要电压够了就会动作。

每个开关管都有最大工作电压和最大工作电流，这个最大的工作电压和电流指的是强功率端的参数，不是门极的参数。这两个参数对开关管的选型都很重要，为了保证产品的安全性，在设计中的最大电压和最大工作电流都要在这个开关管的最大参数内，同时设计的参数在规定的范围内也不保证不会出现问题，这个不用惊讶，这几就涉及到开关管的发热和散热的问题了，你想把开关管的参数用的太极限，那么保证设计不出问题就要求你的散热设备足够的优秀，否则等待你的只有开关管的热爆炸，在一般的设计中，我们可以根据开关管的规格书中有一个安全区的参数进行粗略的选取开关管，安全区是保证在正常散热下的极限参数限定;除此之外，开关管的两个参数中，电压又是最重要的，因为开关管的电压在最大值附近的容限没有电流的容限大，你没听错，就是开关管的在最大的值的附近还有容限，比如说一个120V/2000A的开关管，那么它在最大的电压120V的基础上还能多加10V左右，假如你加的电压超过了130V，并且此时流过开关管的最大电流才几安培，这个时候开关管的失效叫电压击穿失效，一般不会爆炸，除非散热很烂;但是如果此时的电流很大，那么开关管就会直接爆炸，这个失效叫热失效。

一般的情况下，开关管的电流耐受能力是惊人的，就拿上面的例子来说，120V的开关管工作在50V左右，此时流过开关管的电流可以超过2000A很多倍，比如说5000A，但是前提是你的散热设备足够优秀，如果散热不行并且长时间运行，最终也会爆炸，属于热失效范畴;工作在5000A也有种情况，就是你挂接在开关管回路是感性负载，此时假设你散热也够优秀，那么你感觉你正常工作在5000A的大电流下了?其实不然，怪就怪在感性负载上面，因为电感天生就有电流不会突变的能力，当开关管开通时，电感上的电流在慢慢上升，当你关闭开关管时，整个电流回路被切断了，电感由于电流不能突变，这是电感的原则底线，此时它会疯狂的在电感的两端进行升压(可以根据UL=L*di/dt计算)，升压到能让关断的开关管泄放完电流(可以说强制击穿关断的开关管泄放电流)，关断的开关管也不是完全隔离开，可以等效为一个很大的电阻，是兆级别的电阻，只要足够大的电压还是能保障电感的电流泄放;此时就会出现一个问题，就是电感两端的电压(我们叫做开关管的关断电压尖峰)会超过开关管的最大耐压吗?运气好的话，升压的最大电压会小于开关管的最大耐受电压，开关管不会损坏;但是脸黑的情况下，电感两端的电压会变得很大，最后开关管轻则电压击穿损坏，重则直接原地爆炸!说到这里，很多人对这个电感的电压没有概念，因此我今天的实验就带你了解它的真面幕。

实验的条件都是90V直流源、15V的门极控制的PWM、同一个NMOS，变量就是开关管回路的电感量的大小，

1.2uH电感回路

1.2uH电感下开关管的关断尖峰为几乎没有

60uH电感回路

60uH电感下开关管的关断尖峰跑到100V(开关管有风险)

100uH电感回路

100uH电感下开关管的关断尖峰跑到108V附近(开关管可能会损坏)

800uH电感回路

800uH电感下开关管的关断尖峰跑到330V附近(开关管早已损坏)

因此从实验的结果看出，只要大的感性负载在开关管构成的回路里面，此时就要注意开关管的端电压会因为电感负载造成开关管的损坏，对于大电感、大电流的开关管的切换场合，就要注重开关管的安全问题，要想办法把开关管的关断的最大电压给处理到开关管的最大耐受电压的范围内，至于开关管的这种电压保护措施，我们将在下节进行讲解。