MOS管尖峰電壓,MOS管尖峰產(chǎn)生原因-KIA MOS管

MOS管尖峰產(chǎn)生的原因主要與電壓電流的瞬態(tài)變化以及寄生參數(shù)（電感、電容）有關(guān)，特別是在高頻開(kāi)關(guān)時(shí)。

在MOS開(kāi)通過(guò)程中，伴隨很大的電壓瞬變，即dv/dt，從而在寄生電容中產(chǎn)生大的位移電流Cdv/dt，形成電流尖峰；在MOS關(guān)斷過(guò)程中，通道內(nèi)產(chǎn)生電流瞬變，di/dt，瞬變電流在寄生電感端產(chǎn)生尖峰電壓Ldi/dt。

MOS的關(guān)斷速度太快，導(dǎo)致漏極dv/dt過(guò)高，布線(xiàn)沒(méi)布好，導(dǎo)致分布參數(shù)過(guò)大，吸收電容過(guò)小，也會(huì)產(chǎn)生尖峰。

SiC MOSFET中，由于開(kāi)關(guān)的時(shí)候電壓和電流的急劇變化，器件的封裝電感和周邊電路的布線(xiàn)電感影響變得無(wú)法忽視，導(dǎo)致漏極源極之間會(huì)有很大的電壓尖峰。

根據(jù)公式u=-Ldi/dt，在削減尖峰時(shí)可以從這幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1. MOSFET關(guān)斷前的電流；

2. 開(kāi)關(guān)速度；

3. 電路中電感（包括寄生電感）。

MOS管的等效模型中，電容是必不可少的，四個(gè)電極（柵極，漏極，源極，體電極）兩兩之間都存在電容。柵極與源極/體電極電容主要影響靜態(tài)特性和開(kāi)關(guān)時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，比如閾值電壓和柵極充電電荷。漏極和源極/體電極電容對(duì)器件的影響會(huì)小一些，通常關(guān)注較少。漏極和柵極間的電容就是常說(shuō)的密勒電容，對(duì)器件開(kāi)關(guān)特性具有較大影響，也是MOS管開(kāi)啟時(shí)出現(xiàn)電流尖峰的原因。

MOS管等效電路圖

電感來(lái)自于負(fù)載電感和走線(xiàn)的寄生電感，它主要造成了MOS管關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰。電容電感之所以會(huì)影響到器件的開(kāi)關(guān)特性，可以歸因于兩句話(huà)，“電容兩端的電壓不能突變，流過(guò)電感的電流不能突變”。器件的開(kāi)啟或關(guān)斷過(guò)程，就是器件的電壓/電流發(fā)生變化的過(guò)程。既然有變化，就必有隨時(shí)間的變化率，即dV/dt和和dI/dt。電容的位移電流與電容大小有關(guān)，即Ic=C*dV/dt；電感兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電感大小有關(guān)，即Vi=L*dI/dt。

二極鉗位管感性負(fù)載開(kāi)關(guān)電路圖

所謂信號(hào)尖峰，也就是在曲線(xiàn)上升到峰值后，出現(xiàn)下降，之后繼續(xù)下降，或趨于平穩(wěn)。在MOS管開(kāi)關(guān)過(guò)程中，信號(hào)尖峰過(guò)后，通常會(huì)趨于平穩(wěn)。在二極管鉗位感性負(fù)載電路中，MOS管開(kāi)啟時(shí)，電流上升，上升到一定值后，電壓開(kāi)始下降，存在dV/dt。密勒電容和dV/dt如果都較大，將需要一個(gè)較大的位移電流。如果這個(gè)位移電流大于器件開(kāi)啟后的穩(wěn)定電流，之后會(huì)逐步減小到穩(wěn)定電流，在曲線(xiàn)上形成電流尖峰。此時(shí)，如果二極管是非理想的，其反向恢復(fù)電荷將導(dǎo)致更顯著的電流尖峰。在MOS關(guān)斷過(guò)程中，電壓上升，上升到一定值時(shí)電流開(kāi)始下降，存在dI/dt。如果寄生電感和dI/dt都比較大，會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于器件關(guān)斷后的穩(wěn)定電壓時(shí)，將形成一個(gè)電壓尖峰。

MOS管大電流關(guān)斷為什么出現(xiàn)尖峰電壓？

尖峰電壓屬于浪涌電壓里的一種，持續(xù)時(shí)間極短但數(shù)值很高。電機(jī)、電容器和功率轉(zhuǎn)換設(shè)備（如變速驅(qū)動(dòng)器）是產(chǎn)生尖峰電壓的主要因素。雷電擊中室外的輸電線(xiàn)路也會(huì)引起極危險(xiǎn)的高能瞬變。它們會(huì)在低壓電源電路中定期發(fā)生，峰值可能會(huì)達(dá)到數(shù)千伏。

處理方法

為了防止電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣過(guò)早老化或引起電動(dòng)機(jī)、變頻器的損壞，通常可以提供加接輸出電抗器的方法來(lái)減小在電動(dòng)機(jī)端腳上的高次諧波沖擊電壓。

當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，加裝輸出電抗器雖然可以減小負(fù)荷電流的峰值，但輸出電抗器不能減小電動(dòng)機(jī)端腳上的瞬變電壓峰值。因此，一定要盡量縮短變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜線(xiàn)的長(zhǎng)度。

（1）增加電抗器或?yàn)V波器：在連接變頻電動(dòng)機(jī)電纜的兩側(cè)增加電抗器（扼流圈）或?yàn)V波器，這樣可以有效減緩電源端輸出電壓脈沖的上升速度。

（2）縮短電纜長(zhǎng)度：在設(shè)計(jì)線(xiàn)路時(shí)，應(yīng)盡量減少變頻器與電動(dòng)機(jī)之間電纜的長(zhǎng)度。通過(guò)縮短電纜長(zhǎng)度來(lái)降低兩者之間的暫態(tài)波過(guò)程的振蕩周期，以此來(lái)降低電動(dòng)機(jī)兩端的過(guò)電壓。

（3）此外，還應(yīng)確保電動(dòng)機(jī)鐵心在檢修過(guò)程中不受損傷或短路，電動(dòng)機(jī)軸承等部件的裝配滿(mǎn)足精度要求，盡量降低渦流損耗等引起的局部發(fā)熱和機(jī)械配合問(wèn)題對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣的影響。

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