在本教程中，我們將看到一個(gè)涉及噪聲和帶有感性負(fù)載的尖峰的仿真。RC網(wǎng)絡(luò)或二極管可以節(jié)省MOSFET和電路。所使用的主要電子軟件是LTspice，這是一種高性能SPICE仿真軟件，原理圖捕獲和波形查看器，具有用于簡化模擬電路仿真的增強(qiáng)功能和模型。可以在這里免費(fèi)下載。

具有電阻負(fù)載的簡單電路

電源開關(guān)非常重要。它們的運(yùn)行決定了產(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)之間放置了抑制器，以抑制電壓峰值并抑制開關(guān)斷開時(shí)由電路電感引起的振蕩。良好的抑制器設(shè)計(jì)可以帶來更高的可靠性，更高的效率以及更少的電磁干擾（EMI）。讓我們從一個(gè)簡單的電路開始，在該電路中，用作開關(guān)元件的MOSFET驅(qū)動(dòng)8Ω的電阻負(fù)載（圖1）。MOSFET發(fā)熱很小是完全正常的。如果將柵極電勢設(shè)置為10 V，則可以將MOSFET切換到“導(dǎo)通”狀態(tài)。在這種情況下，其內(nèi)部電阻非常低，并且組件就像是閉路電線。

圖1：MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻負(fù)載。

相反，如果我們在MOSFET的柵極上施加0 V的電壓，則該組件將切換到“關(guān)閉”狀態(tài)。在這種情況下，其內(nèi)部電阻非常高，就好像電路中不存在該元件。沒有電流流過電阻，并且沒有電壓。通過以1 kHz的頻率向MOSFET施加脈動(dòng)信號，漏極輸出遵循與柵極相同的波形，但具有反相。對于許多類型的開關(guān)設(shè)備，即使連接到電阻性負(fù)載，也會(huì)產(chǎn)生輸出峰值，其持續(xù)時(shí)間很短，如圖2所示。這些峰值（大約2 V）并不危險(xiǎn)，可以降低或降低。通過使用并聯(lián)的電容器消除。

圖2：排水溝上的山峰

所使用的MOSFET是IRF530（圖3）。讓我們檢查一下它的絕對最大額定值：

VDS：100 V

VGS：±20 V

連續(xù)漏極電流（VGS在10 V且TC = 25°C時(shí)）：14 A

持續(xù)漏極電流（VGS在10 V和TC = 100°C時(shí)）：19 A

脈沖漏極電流：56 A

最大功耗（TC = 25°C）：88 W

RDS（on）：0.16Ω

用MOSFET進(jìn)行的仿真都包含在其電氣極限之內(nèi)。

圖3：MOSFET IRF530

與感性負(fù)載相同的電路

現(xiàn)在，讓我們檢查具有電感負(fù)載而不是電阻負(fù)載的同一電路（圖4）。感性負(fù)載（電動(dòng)機(jī)，變壓器，線圈等）的存在非常關(guān)鍵。柵極的每個(gè)矩形脈沖對應(yīng)于漏極上的一個(gè)非常高的峰值。這些峰值比以前的峰值寬得多（長度為幾微秒），可以達(dá)到數(shù)千伏的電壓。這些電壓尖峰稱為“感應(yīng)反彈”。顯然，它們通常會(huì)對負(fù)載和電路造成危險(xiǎn)。還會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的電弧。如果電壓尖峰足夠高，則可能會(huì)損壞MOSFET及其連接的其他組件。為什么會(huì)有這些大山峰？當(dāng)MOSFET“導(dǎo)通”時(shí)，電流流過電感，情況良好。感性負(fù)載已存儲了感性能量。當(dāng)晶體管處于“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí)，線圈的電流無法立即改變，并且仍然有電流流過電感器。此電流在短時(shí)間內(nèi)決定了很大的電勢差。但是，請注意，電路V（drain）的輸出電壓的平均值為12 V，其RMS值約為168V。

圖4：MOSFET驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載。

我們可以看到漏極上有巨大的電壓尖峰。有時(shí)，小線圈的小尖峰無法破壞組件，但是，如果MOSFET驅(qū)動(dòng)大電機(jī)，則被破壞的風(fēng)險(xiǎn)非常高。如圖5所示，峰值電壓與線圈的電感成正比。峰值的持續(xù)時(shí)間約為微秒。

圖5：峰值電壓與線圈的電感成正比。

為了降低峰值電壓，將RC抑制器應(yīng)用于MOSFET，如圖6所示。緩沖器通常由一個(gè)低值電阻器和一個(gè)小電容器組成。電阻值必須類似于電感的諧振值。抑制器的電容必須大于諧振電路的電容，但必須足夠小，以使電阻器的功耗最小。必須使用適當(dāng)?shù)墓阶屑?xì)計(jì)算R（snub）和C（snub）的值。

圖6：典型的RC抑制器

現(xiàn)在，峰值的值已從3,000 V降至約70 V，從對電子組件造成危險(xiǎn)的角度來看，這是無害的。如果負(fù)載僅是電阻性的，則不需要RC抑制器。圖7顯示了另一個(gè)使用鉗位齊納二極管的原理圖。

圖7：鉗位齊納二極管

同樣在這種情況下，峰值將減小。在某些情況下和某些頻率下，可能會(huì)產(chǎn)生低振蕩（圖8）。在這種情況下，只需將一個(gè)小電容器與齊納二極管并聯(lián)即可。

圖8：MOSFET漏極上約56 kHz的振蕩

編輯：hfy