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MOSFETNPN二极管寄生电容、寄生电感形成反向电流冲击的一些思索

更新时间:2023-10-14 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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二极管寄生电容、寄生电感思索G0N物理好资源网(原物理ok网)

二极管?G0N物理好资源网(原物理ok网)

二极管G0N物理好资源网(原物理ok网)

二极管内部的寄生电容和寄生电感是由二极管的化学结构和工艺制造过程造成的。它们是不可避开的,由于它们是元件结构的固有特点。G0N物理好资源网(原物理ok网)

寄生电容主要是由PN结和接触处的空间电荷区造成的。在二极管中,寄生电容会造成讯号的反馈、降低二极管的高频响应和降低噪音等问题。G0N物理好资源网(原物理ok网)

寄生电感则是由电压通过线圈时形成的磁场导致的。它会造成讯号的传输延后和能量损失等问题。同时,因为寄生电感会促使二极管的高频特点变差,因而在高频应用中,须要非常注意抑制和降低寄生电感的影响。G0N物理好资源网(原物理ok网)

二极管的设计和应用中,须要尽可能地减少其影响,以保证元件的性能和可靠性。G0N物理好资源网(原物理ok网)

MOS管在开关过程中出现尖峰与电流电压的瞬态变化以及寄生参数(寄生电感、寄生电容)有关,非常是针对高频开关。在MOS开通过程中,伴随很大的电流瞬变三极管基极电流过大怎么办,即dv/dt,因而在寄生电容中形成大的位移电压Cdv/dt,产生电压尖峰;在MOS关断过程中,通道内形成电压瞬变,di/dt,瞬变电压在寄生电感端形成尖峰电流Ldi/dt。依据公式u=-Ldi/dt,在缩减尖峰时我们可以相应从这几个方面进行考虑:1.关断前的电压2.开关速率3.电路中电感(包括寄生电感)G0N物理好资源网(原物理ok网)

寄生电容、寄生电感G0N物理好资源网(原物理ok网)

在二极管内部,因为电压的流动和元件结构的特性,会存在一些线圈或环型电压路径,因而形成寄生电感。这种线圈或电压路径主要包括以下几种:G0N物理好资源网(原物理ok网)

基区-发射区的电压路径:在二极管中,基区和发射区之间的电压路径产生了一个线圈,因而形成了一个寄生电感Lg。G0N物理好资源网(原物理ok网)

基极-基区的电压路径:栅极与基区之间的电压路径也产生了一个线圈,因而形成了一个寄生电感Lc。G0N物理好资源网(原物理ok网)

包裹栅极的漏磁线圈:在个别特殊结构的二极管中,栅极周围有一个包裹栅极的漏磁线圈,也会形成一个寄生电感Llkg。G0N物理好资源网(原物理ok网)

这种寄生电感的形成主要是因为电压在线圈中的自感作用和磁场的感应作用导致的。这种寄生电感的存在会影响二极管的高频特点和稳定性,因而在二极管的设计和应用中须要尽可能地增加其影响。G0N物理好资源网(原物理ok网)

三极管基极电流过大怎么办_三极管基极电流过大怎么办_三极管基极电流过大怎么办G0N物理好资源网(原物理ok网)

当考虑到二极管内部的寄生电容和寄生电感时,二极管的等效电路图会显得愈发复杂。里面图中以PNP二极管为例,包含了寄生电容和寄生电感的等效电路图:G0N物理好资源网(原物理ok网)

图中Cgs、Cgd、Cds分别为基极与源极和基极与漏极以及漏极与源极之间的等效电容,其中基频与漏极之间的电容Cgd就是臭名昭著的****。G0N物理好资源网(原物理ok网)

Lg和Ld则是集电极线圈和集电缆线圈的寄生电感。除此之外,Rg和Rd则是集电极内阻和集电内阻,它们代表了二极管中的有源区和耗散区。这种寄生器件的存在会对二极管的电路性能形成影响,须要在电路设计时进行充分考虑。G0N物理好资源网(原物理ok网)

上图中所示的等效电路图只是一种可能的模型,实际上,二极管的等效电路图可能因元件类型、工作频度等诱因而不同。在实际电路中,须要进行精确的电路仿真和检测,以得到更确切的二极管等效电路模型。G0N物理好资源网(原物理ok网)

反向冲击电流G0N物理好资源网(原物理ok网)

在二极管关断时,因为负载电感等诱因,电压未能顿时中断,而是会出现一个反向电流冲击。这个冲击会形成在负载电感两端,同时也会传播到二极管的栅极。在栅极处,因为存在栅极发射结,集电极发射结的反向耐压是有限的,而负载电感形成的反向电流冲击是特别高的,因而会造成栅极发射结顿时击穿,形成一个反向电压,即所谓的反向电流冲击。G0N物理好资源网(原物理ok网)

这个反向电压会顿时将二极管的栅极电位拉低,因而使二极管步入一个高阻态,即关断状态。这个过程十分短暂,通常只有毫秒级别的时间,而且因为反向电压的顿时高峰值和短脉冲长度,会给二极管的栅极和发射极带来一定的热量和压力,因而会对二极管的可靠性和寿命导致影响。G0N物理好资源网(原物理ok网)

负载电感G0N物理好资源网(原物理ok网)

这些反向冲击电流一般是由于负载电感造成的。负载电感一般是指在二极管的基极和负载之间串联的电感。在实际电路中,二极管经常拿来驱动马达、灯泡等负载,而这种负载本身就带有一定的电感,同时驱动线路中也会添加电感器件来过滤电源噪音、提高稳定性等。这种电感器件和负载电感一起构成了整个电路的负载电感。G0N物理好资源网(原物理ok网)

降低负载电感的影响G0N物理好资源网(原物理ok网)

当二极管关断时,因为负载电感的存在,电压未能顿时中断,而是会形成反向电流冲击,这些冲击会在负载电感两端形成。因而,为了限制这些反向电流冲击,可以在负载电感两端加入一个反向恢复晶闸管,拿来吸收这些反向电流;或则在基频与漏极之间并联进去一个电容,借此降低米勒电容值,致使反向电流给米勒电容充电因而抑制反向冲击电流对载流子内阻或则直接控制的GPIO的影响。G0N物理好资源网(原物理ok网)

栅极的寄生电感和寄生电容与基极相比,那个更大?G0N物理好资源网(原物理ok网)

通常情况下,集电极的寄生电容和寄生电感都比栅极的寄生电容和寄生电感小。这是由于栅极一般被设计为较小的结构,它与其它两个极之间的距离也相对较小,因而它的寄生电容和电感都比较小。而基极一般是较大的结构,它与其它两个极之间的距离也相对较大,因而它的寄生电容和电感都比较大。不同机型和工艺的二极管的寄生参数可能存在较大的差别,因而具体情况可能会有所不同。G0N物理好资源网(原物理ok网)

二极管关断时,集电极的寄生电感方向是哪些,基极寄生电感方向是哪些?G0N物理好资源网(原物理ok网)

在二极管关断时,集电极的寄生电感的方向是从栅极向栅极,基极的寄生电感方向是从基极向栅极。这是由于在关断状态下,基极电势较高,而栅极电势较低,电荷会在栅极和基极之间形成一定的积累,进而造成形成寄生电容和寄生电感。G0N物理好资源网(原物理ok网)

二极管关断时的反向电流具体是有哪些形成的,这个反向电流的方向是哪些,其中反向电压是怎样流的?G0N物理好资源网(原物理ok网)

在二极管关断时,反向电流是由负载电感和集电极的寄生电感共同形成的。当二极管切断电压时,负载电感中的电压未能立刻消失,而是形成了一个瞬态高压。这个高压在二极管中形成了一个反向电流峰值,即反向电流。G0N物理好资源网(原物理ok网)

这个反向电流的方向是从基极到栅极,而且是反向极性的。由于此时负载电感中的电压会企图维持电压不变,但因为二极管切断,电压难以继续流过,只能通过栅极和基极之间的通道形成反向电流,并引起电压逆向流动。G0N物理好资源网(原物理ok网)

三极管基极电流过大怎么办_三极管基极电流过大怎么办_三极管基极电流过大怎么办G0N物理好资源网(原物理ok网)

须要注意的是,这个反向电压的大小十分小,一般在几微安左右,由于二极管的寄生电容和负载电感都是很小的电容和电感,并且在切断顿时只会形成十分短暂的反向电流峰值。G0N物理好资源网(原物理ok网)

栅极的寄生电容电感不会抵消掉这个反向电流吗?G0N物理好资源网(原物理ok网)

栅极的寄生电容和电感会对反向电流形成一定的影响,并且一般不足以完全抵消反向电流峰值的影响。这是由于栅极的寄生电容一般很小,而栅极的寄生电感也会遭到电路中其他器件的影响而发生变化,致使抵消疗效不稳定。G0N物理好资源网(原物理ok网)

NPN二极管的仿真剖析电路现象展示G0N物理好资源网(原物理ok网)

从仿真结果可以看出,改变栅极的下拉内阻或电压内阻会影响这个反向电流大小;由于改变栅极限流内阻会影响二极管的关断速率,限流内阻越小,二极管的关断速率越快。当限流内阻很小的时侯,二极管的关断速率十分快,因而储存在栅极电容中的电荷会以较快的速率转移到基极,这会形成一个很高的峰值反向电流。相反,当限流内阻很大的时侯,二极管的关断速率较慢,电荷转移速率也较慢,这意味着峰值反向电流较小。因而,集电极的限流内阻大小直接影响二极管关断时的反向电流大小。G0N物理好资源网(原物理ok网)

验证栅极(漏极)的寄生电感对反向电流的影响G0N物理好资源网(原物理ok网)

栅极的寄生电感值大小取决于二极管的具体结构和工艺三极管基极电流过大怎么办,不同机型、不同制造厂家的二极管寄生电感值可能会有所差别。通常来说,基极的寄生电感值在几帕塔到几十帕塔之间。G0N物理好资源网(原物理ok网)

验证过程中,直接在栅极串联一个电感,借此来降低基极的寄生电感值,从而观察对二极管断电时侯反向电流的大小。G0N物理好资源网(原物理ok网)

为了使疗效愈加显著,直接串联一个3.3mH的电感,致使疗效愈加显著,便于鉴别。G0N物理好资源网(原物理ok网)

将电感串联进去后,进行仿真,观察二极管关断时候栅极的电流波形如下所示,显著看出关断时候形成的反向电流显著低于不串电感之前的反向电流。G0N物理好资源网(原物理ok网)

解决办法G0N物理好资源网(原物理ok网)

仿真中在二极管的集电极与发射机之间添加了一个旁路电容,形成的反向电流波动讯号通过这个电容对地放电,因而滤除这些反向电流的干扰。右图中a-c、b-d、e-g、f-h,可以看出,不管负载电感大小,加了这个旁路电容后,都不会形成这些反向冲击电流;并且会带来断电延时,电容越大,这些断电延时时间越长,可以对比a-c和e-g,并且可以通过改变栅极的限流和下拉内阻值来是关断延时降低(由于降低了栅极的电压,推动了二极管的开通速率)。电容越峰会引起米勒平台越严重,所以电容不能太大。通常采用PNP的二极管可以规避这个问题,而且又会引入新的问题。G0N物理好资源网(原物理ok网)

参考G0N物理好资源网(原物理ok网)

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