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开关MOSFET为什么会有振铃和电压尖峰

麦辣鸡腿堡 来源:网络整理 作者:网络整理 2024-06-09 11:29 次阅读

开关MOSFET中产生振铃和电压尖峰的现象是电力电子转换过程中常见的问题,尤其是在高频开关应用中更是如此。这接下来,我们将详细探讨这些现象的起因。

振铃的成因

寄生电感:在MOSFET的漏极、源极和门极连接中存在不可避免的寄生电感。当MOSFET从导通状态切换到截止状态或者反之时,流过这些寄生电感的电流发生急剧变化,根据V = L(di/dt),会在MOSFET两端产生较大的电压尖峰。

寄生电容:电路布局中存在的寄生电容,特别是在MOSFET的漏极和门极之间,会与寄生电感相互作用,形成RLC振荡电路。这种振荡表现为电压和电流的振铃现象,即波形中的振荡衰减。

不匹配的阻抗:如果负载的阻抗与MOSFET的输出阻抗不匹配,也可能导致信号反射,从而引起振铃。这种情况下,振铃主要是由阻抗失配导致的反射波引起的。

电压尖峰的成因

快速切换:MOSFET在切换过程中,其导通或截止的状态变换非常迅速,这种快速的变换使得通过器件的电流在短时间内发生剧烈变化,通过寄生电感产生的高电压尖峰。

二极管反向恢复:在含有二极管的电路中,如同步整流器,二极管在从正向导通切换到反向阻断的过程中会发生反向恢复,这个过程中电流突然改变,同样会在寄生电感上引起电压尖峰。

电源和地平面的噪声:在开关过程中,电源和地平面上的噪声可以被耦合到MOSFET的控制门极,影响其开关行为,并可能导致额外的电压尖峰。

解决方案

为了减少振铃和电压尖峰,可以采取以下措施:

减小寄生参数:优化PCB布局,减小连接线的长度,使用更短更粗的走线,以减小寄生电感;同时,合理安排元器件位置,以减小寄生电容的影响。

使用吸收电路:在MOSFET两端加入适当的RC缓冲电路或嵌位电路,可以有效吸收电压尖峰,减少振铃。

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