发 帖  
原厂入驻New

噪声和尖峰,电源设计要注意的两个地方

2020-9-9 16:04:44  840 电源 电阻 噪声 二极管
分享
9
本帖最后由 o_dream 于 2020-9-9 16:12 编辑

在本文 ,我们将看到涉及噪声和带有感性负载的尖峰的仿真。RC网络或二极管可以节省MOSFET和电路。所使用的主要电子软件是LTspice,这是一种高性能SPICE仿真软件,原理图捕获和波形查看器,具有用于简化模拟电路仿真的增强功能和模型。

具有电阻负载的简单电路
电源开关非常重要。它们的运行决定了产品的可靠性和效率。为了改善开关电路的性能,在功率开关之间放置了抑制器,以抑制电压峰值并抑制开关断开时由电路电感引起的振荡。良好的抑制器设计可以提高可靠性,效率,并减少电磁干扰(EMI)。让我们从一个简单的电路开始,在该电路中,用作开关元件的MOSFET驱动8Ω的电阻负载(图1)。MOSFET发热很小是完全正常的。如果将栅极电势设置为10 V,则可以将MOSFET切换到“导通”状态。在这种情况下,其内部电阻非常低,并且组件就像是闭路电线
6.png
图1 MOSFET驱动电阻负载
相反,如果我们在MOSFET的栅极上施加0 V的电压,则该组件将切换到“关闭”状态。在这种情况下,其内部电阻非常高,就好像电路中不存在该元件。没有电流流过电阻,并且没有电压。通过以1 kHz的频率向MOSFET施加脉动信号,漏极输出遵循与栅极相同的波形,但具有反相。对于许多类型的开关设备,即使连接到电阻性负载,也会产生输出峰值,其特点是持续时间非常短,如图2所示。这些峰值(大约2 V)并不危险,可以降低或降低。通过使用并联的电容器消除。 7.png
图2 排水沟上的山峰
所使用的MOSFET是irf530(图3)。让我们检查其绝对最大额定值:
  • VDS:100 V
  • VGS:±20 V
  • 持续漏极电流(VGS在10 V和TC = 25°C时):14 A
  • 持续漏极电流(VGS在10 V和TC = 100°C时):19 A
  • 脉冲漏极电流:56 A
  • 最大功耗(TC = 25°C):88 W
  • R DS(on):0.16Ω
用MOSFET进行的仿真都包含在其电气极限之内。
8.png
图3 MOSFET IRF530

与感性负载相同的电路
现在,让我们检查具有电感负载而不是电阻负载的同一电路(图4)。感性负载(电动机,变压器,线圈等)的存在非常关键。栅极的每个矩形脉冲对应于漏极上的一个非常高的峰值。这些峰值比以前的峰值宽得多(长度为几微秒),并且可以达到数千伏的电压。这些电压尖峰称为“感应反弹”。显然,它们通常会对负载和电路造成危险。还会产生危险的电弧。如果电压尖峰足够高,则有可能损坏MOSFET及其连接的其他组件。为什么会有这些大山峰?当MOSFET“导通”时,电流流过电感,情况良好。感应负载已存储感应能量。当晶体管“截止”时,线圈的电流无法立即改变,并且仍然有电流流过电感器。此电流会在瞬间确定很大的电位差。但是,请注意,电路V(drain)的输出电压的平均值为12 V,其RMS值约为168V。
9.png
图4 MOSFET驱动感性负载
我们可以看到漏极上的巨大电压尖峰。有时,小线圈的小尖峰无法破坏组件,但如果MOSFET驱动大电机,则破坏的风险非常高。如图5所示,峰值电压与线圈的电感成正比。峰值的持续时间约为微秒。
10.png
图5 峰值电压与线圈的电感成正比
为了降低峰值电压,将RC抑制器应用于MOSFET,如图6所示。缓冲器通常由低值电阻器和小电容器组成。电阻值必须类似于电感的谐振值。抑制器的电容必须大于谐振电路的电容,但必须足够小,以使电阻器的功耗最小。必须使用适当的公式仔细计算R(snub)和C(snub)的值。
11.png
图6 典型的RC抑制器
现在,峰值的值已从3,000 V降至约70 V,从对电子组件造成危险的角度来看,这是无害的。如果负载只是电阻性的,则不需要RC抑制器。图7显示了另一个使用钳位齐纳二极管的示意图。
12.png
图7 钳位齐纳二极管
同样在这种情况下,峰值将减小。在某些情况下和某些频率下,可能会产生低振荡(图8)。在这种情况下,只需将一个小电容器与齐纳二极管并联即可。
13.png
图8 MOSFET漏极上约56 kHz的振荡
王栋春 2020-9-9 22:31:17
借鉴参考一下 这两个方面在实际电路当中非常难搞
回复

举报

lm12041204a 2020-9-10 10:29:04
感谢楼主分享!
回复

举报

jf_60624516 2020-9-13 00:03:36
受益非浅,感谢楼主分享?
回复

举报

jf_60624516 2020-9-13 00:03:49
受益非浅,感谢楼主分享?
1 1回复

举报

longchaolei 2020-9-15 09:50:40
谢谢分享,好好学习
回复

举报

yg_311 2020-9-17 16:21:47
感谢楼主的无私分享!!!!
回复

举报

评论

高级模式
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容图片侵权或者其他问题,请联系本站作侵删。 侵权投诉
发经验
关闭

站长推荐 上一条 /8 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表