開關管的電壓尖峰抑制方法(一)

上節我們講了開關管的電壓尖峰的產生原理，有的人會問我：為什么我們要關注電壓尖峰呢?我們不用電感不就行了?

然而我要告訴你的事實是，目前的開關管大多都是用在電力電子里，電力電子里的設備都是有感性的負載的，因此開關管的電壓尖峰的這個問題你是無論什么時候都規避不了的問題。

既然這個問題規避不了，那么我們怎么去處理這個電壓尖峰呢，這節呢，我將帶大家了解下開關管的電壓尖峰處理問題的方案。

演示的電路還是上次的那副800uH電感的電路，

電壓尖峰演示電路

通過上次的實驗我們知道，在90V電源下，800uH電感能讓開關管產生300V左右的電壓尖峰，開關管本身最大的電壓也就100V，考慮容限，這里就認為開關管的最大耐受電壓是110V，300V的電壓尖峰就足以擊穿該開關管了。

想到電壓尖峰問題，我們有可能想到的第一種辦法就是選擇一個TVS管或者穩壓管進行電壓尖峰鉗位到安全的工作電壓范圍內，

理論上，TVS管是個好方法，但是并不是所有的情況都合適，理由如下

電壓尖峰處的功率

由圖可知，在電壓尖峰凸起處，瞬時的功率達到了0.4MW到1MW

哇!這是個多么恐怖的功率，然而市面上的單個TVS或者穩壓管管幾乎不可能難做到這么大的耐受功率(常規的防護TVS也才幾千瓦而已，并且也只是在短時浪涌防護暫時作用，穩壓管的功率更小)，因此該方案在大功率的場合變得不適用，但是該方案對于一些小功率的開關管短時動作還是可以試一試的，因為只要尖峰的瞬間的功率小，尖峰時間斷，通過選用一個功率合適的就可以解決開關管的電壓尖峰的問題，通常也不推薦使用。

我們直接低電平強制關斷開關管會存在一個問題，突然關斷就讓整個回路電流發生很大的變化，根據UL=L*di/dt就知道在電感上會產生很大的電壓，這就是產生電壓尖峰的原因，因此我們要在關斷時，能對電壓尖峰進行監測，超標的電壓尖峰產生時，我們要立即升點門極電壓，減小整個電感回路的阻抗，阻抗變小了，電感就可以順暢的進行電流泄放啦，電感不在傻乎乎的靠提自己兩端的電壓進行高阻抗回路的電流泄放!

但是超標電壓尖峰怎么檢測呢，不可能實時拿個示波器在哪里卡吧，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調整門極電壓，因此人為機械的檢測和調整不太現實了，我們要怎么辦呢?

這個時候，我們發現TVS或者穩壓管能派上用處了，我們利用TVS或者穩壓管在過壓的情況的泄放電流對門極電壓再次提升，整個回路的阻抗變小，電感的電壓就不會再次上升，因此電壓尖峰就不會繼續變大，但是通過前面的闡述，電壓尖峰處的功率很大，因此單個TVS或者穩壓管是不行的。

既然單個TVS或者穩壓管不能滿足設計要求，我們就干脆多串幾個TVS或者穩壓管，讓多個TVS或者穩壓管擊穿后對電壓尖峰進行泄放電流，讓泄放的電流再次對開關管的門極充電，讓門極電壓抬高，讓開關管再次動作，這個動作不一定是完全開通，可能讓開關管工作在線性區或者還是處于關斷區，關鍵要看我們使用多少的個TVS或者穩壓管串聯了，同時串聯的的總鉗位電壓在開關管的正常工作范圍內。

在同樣的電壓尖峰下，串聯的TVS或者穩壓管越少，那么泄放電流越大，開關管門極電壓就可能越大，開關管就越可能完全開通;串聯越多，泄放電流越小，開關管就可能不開通或者進入線性區。

為了提高效果明顯，我把控制信號的邊沿斜率提高了，門極展開的邊緣挺好的，斜率很大

門極控制的電壓

開關管的耐壓依舊100V，90V直流電源供電，4uH電感，實驗電路如下，

電壓尖峰抑制演示電路

此時不接穩壓管的情況下，電壓尖峰為160V附近，

電壓尖峰大概到160V左右

接著我們串聯三個30V的穩壓管到開關管的集電極和門極之間，我們再來仿真

三個穩壓管抑制電壓尖峰

門極電壓關斷時刻的邊沿被電壓尖峰的泄放電流影響變緩和了，沒有原來的陡峭，

門極被穩壓管的工作電流變的緩慢下降

此時開關管的阻抗沒有原來變化的那么快了，這就使得電感這個傻白甜不會傻乎乎的通過提高電壓泄放電流了

電壓尖峰被抑制到了105V附近

正因為如此，電壓尖峰也被抑制下來了，變為了105V，開關管的小命被穩壓管救下來了。

講到這里，我們講完了第一種抑制電壓尖峰的方法。其他的抑制方法還有很多，下期節目在講解!