开关管的电压尖峰抑制方法(一)

上节我们讲了开关管的电压尖峰的产生原理，有的人会问我：为什么我们要关注电压尖峰呢?我们不用电感不就行了?

然而我要告诉你的事实是，目前的开关管大多都是用在电力电子里，电力电子里的设备都是有感性的负载的，因此开关管的电压尖峰的这个问题你是无论什么时候都规避不了的问题。

既然这个问题规避不了，那么我们怎么去处理这个电压尖峰呢，这节呢，我将带大家了解下开关管的电压尖峰处理问题的方案。

演示的电路还是上次的那副800uH电感的电路，

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

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

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，

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，

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

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，

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

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。

讲到这里，我们讲完了第一种抑制电压尖峰的方法。其他的抑制方法还有很多，下期节目在讲解!