在本教程中，我們將看到一個涉及電感負載的噪聲和尖峰的模擬。RC 網絡或二極管可以節省您的 MOSFET 和電路。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，具有增強功能和模型，可簡化模擬電路的仿真。

帶阻性負載的簡單電路

電源開關非常重要。它們的運行決定了產品的可靠性和效率。為了提高開關電路的性能，在電源開關之間放置抑制器以抑制電壓峰值并抑制開關打開時電路電感引起的振蕩。良好的抑制器設計可以帶來更高的可靠性、更高的效率和更少的電磁干擾 (EMI)。讓我們從一個簡單的電路開始，其中用作開關元件的 MOSFET 驅動 8 Ω 電阻負載（圖 1）。MOSFET 的小幅發熱是完全正常的。如果我們將柵極電位設置為 10 V，我們可以將 MOSFET 切換到“導通”狀態。在這種情況下，它的內阻非常低，元件就像是一條閉路電線。

圖 1：MOSFET 驅動電阻負載。

相反，如果我們在 MOSFET 的柵極上施加 0 V 電壓，則該組件會切換到“關斷”狀態。在這種情況下，它的內阻非常高，就好像電路中沒有該元件一樣。電阻上沒有電流流過，電阻上也沒有電壓。通過以 1 kHz 的頻率向 MOSFET 施加脈沖信號，漏極輸出遵循與柵極相同的波形，但具有相位反轉。對于許多類型的開關設備，即使連接到阻性負載，也會產生輸出峰值，其特點是持續時間非常短，如圖 2 所示。這些峰值（約 2 V）并不危險，可以降低或降低通過使用并聯電容器消除。

圖 2：排水管上的峰值

使用的 MOSFET 是 IRF530（圖 3）。讓我們來看看它的絕對最大額定值：

VDS：100 伏

VGS：±20V

連續漏極電流（VGS 在 10 V 和 TC = 25°C）：14 A

連續漏極電流（VGS 在 10 V 和 TC = 100°C）：19 A

脈沖漏極電流：56 A

最大功耗 (TC = 25°C)：88 W

[R DS（ON）：0.16Ω

使用 MOSFET 執行的模擬都包含在其電氣限制內。

圖 3：MOSFET IRF530

與感性負載相同的電路

現在讓我們檢查帶有感性負載而不是電阻性負載的相同電路（圖 4）。感性負載（電機、變壓器、線圈等）的存在非常關鍵。柵極的每個矩形脈沖對應于漏極上的一個非常高的峰值。這些峰值比之前的峰值要寬得多（長度為幾微秒），可以達到幾千伏的電壓。這些電壓尖峰被稱為“感應反彈”。顯然，它們通常對負載和電路是危險的。也可能出現危險的電弧。如果電壓尖峰足夠高，則存在損壞 MOSFET 和與其相連的其他組件的風險。為什么會有這些大峰？當MOSFET“導通”時，電流流過電感，情況良好。感性負載儲存了感性能量。當晶體管“關斷”時，線圈的電流不能瞬間改變，仍有電流流過電感。該電流在短時間內決定了巨大的電位差。但請注意，電路 V(drain) 的輸出電壓平均值為 12 V，其 RMS 值約為 168 V。

圖 4：MOSFET 驅動感性負載。

我們可以看到漏極上的巨大電壓尖峰。有時，一個小線圈的小尖峰并不能破壞元件，但如果MOSFET驅動一個大電機，破壞的風險非常高。峰值電壓與線圈的電感成正比，如圖 5 所示。峰值持續時間約為微秒。

圖 5：峰值電壓與線圈的電感成正比。

為了降低峰值電壓，在 MOSFET 上應用了一個 RC 抑制器，如圖 6所示。通常，緩沖器由一個低值電阻器和一個小電容器組成。電阻值必須與電感的諧振值相似。抑制器的電容必須大于諧振電路的電容，但必須足夠小，以保持電阻器的功耗最小。R(snub) 和 C(snub) 的值必須用適當的方程仔細計算。

圖 6：典型的 RC 抑制器

現在峰值已經從 3,000 V 下降到大約 70 V，從對電子元件的危險的角度來看是無害的。如果負載只是電阻性的，則不需要 RC 抑制器。圖 7 顯示了另一個使用鉗位齊納二極管的示意圖。

圖 7：鉗位齊納二極管

同樣在這種情況下，峰值將減少。在某些情況下，在某些頻率下，可能會出現低振蕩（圖 8）。在這種情況下，在齊納二極管上并聯一個小電容就足夠了。

圖 8：MOSFET 漏極上大約 56 kHz 的振蕩



審核編輯：劉清