開關(guān)管的特性及使用注意事項(xiàng)

上期我們講解了開關(guān)電源中的DC-AC類，也就是逆變器的原理。

這期我們聊聊開關(guān)管的一些特性，特別是在運(yùn)用開關(guān)管需要注意的問題。

理想的開關(guān)管就直接認(rèn)為就是一個(gè)開關(guān)，只要對(duì)應(yīng)的門極電壓夠了就能保證開關(guān)管。開關(guān)的目的就是對(duì)電路各個(gè)回路的投切，實(shí)現(xiàn)不同的功能，不要把它看得很復(fù)雜，你只要知道它是一個(gè)電壓控制的開關(guān)，只要電壓夠了就會(huì)動(dòng)作。

每個(gè)開關(guān)管都有最大工作電壓和最大工作電流，這個(gè)最大的工作電壓和電流指的是強(qiáng)功率端的參數(shù)，不是門極的參數(shù)。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)開關(guān)管的選型都很重要，為了保證產(chǎn)品的安全性，在設(shè)計(jì)中的最大電壓和最大工作電流都要在這個(gè)開關(guān)管的最大參數(shù)內(nèi)，同時(shí)設(shè)計(jì)的參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)也不保證不會(huì)出現(xiàn)問題，這個(gè)不用驚訝，這幾就涉及到開關(guān)管的發(fā)熱和散熱的問題了，你想把開關(guān)管的參數(shù)用的太極限，那么保證設(shè)計(jì)不出問題就要求你的散熱設(shè)備足夠的優(yōu)秀，否則等待你的只有開關(guān)管的熱爆炸，在一般的設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)開關(guān)管的規(guī)格書中有一個(gè)安全區(qū)的參數(shù)進(jìn)行粗略的選取開關(guān)管，安全區(qū)是保證在正常散熱下的極限參數(shù)限定;除此之外，開關(guān)管的兩個(gè)參數(shù)中，電壓又是最重要的，因?yàn)殚_關(guān)管的電壓在最大值附近的容限沒有電流的容限大，你沒聽錯(cuò)，就是開關(guān)管的在最大的值的附近還有容限，比如說一個(gè)120V/2000A的開關(guān)管，那么它在最大的電壓120V的基礎(chǔ)上還能多加10V左右，假如你加的電壓超過了130V，并且此時(shí)流過開關(guān)管的最大電流才幾安培，這個(gè)時(shí)候開關(guān)管的失效叫電壓擊穿失效，一般不會(huì)爆炸，除非散熱很爛;但是如果此時(shí)的電流很大，那么開關(guān)管就會(huì)直接爆炸，這個(gè)失效叫熱失效。

一般的情況下，開關(guān)管的電流耐受能力是驚人的，就拿上面的例子來說，120V的開關(guān)管工作在50V左右，此時(shí)流過開關(guān)管的電流可以超過2000A很多倍，比如說5000A，但是前提是你的散熱設(shè)備足夠優(yōu)秀，如果散熱不行并且長時(shí)間運(yùn)行，最終也會(huì)爆炸，屬于熱失效范疇;工作在5000A也有種情況，就是你掛接在開關(guān)管回路是感性負(fù)載，此時(shí)假設(shè)你散熱也夠優(yōu)秀，那么你感覺你正常工作在5000A的大電流下了?其實(shí)不然，怪就怪在感性負(fù)載上面，因?yàn)殡姼刑焐陀须娏鞑粫?huì)突變的能力，當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，電感上的電流在慢慢上升，當(dāng)你關(guān)閉開關(guān)管時(shí)，整個(gè)電流回路被切斷了，電感由于電流不能突變，這是電感的原則底線，此時(shí)它會(huì)瘋狂的在電感的兩端進(jìn)行升壓(可以根據(jù)UL=L*di/dt計(jì)算)，升壓到能讓關(guān)斷的開關(guān)管泄放完電流(可以說強(qiáng)制擊穿關(guān)斷的開關(guān)管泄放電流)，關(guān)斷的開關(guān)管也不是完全隔離開，可以等效為一個(gè)很大的電阻，是兆級(jí)別的電阻，只要足夠大的電壓還是能保障電感的電流泄放;此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，就是電感兩端的電壓(我們叫做開關(guān)管的關(guān)斷電壓尖峰)會(huì)超過開關(guān)管的最大耐壓嗎?運(yùn)氣好的話，升壓的最大電壓會(huì)小于開關(guān)管的最大耐受電壓，開關(guān)管不會(huì)損壞;但是臉黑的情況下，電感兩端的電壓會(huì)變得很大，最后開關(guān)管輕則電壓擊穿損壞，重則直接原地爆炸!說到這里，很多人對(duì)這個(gè)電感的電壓沒有概念，因此我今天的實(shí)驗(yàn)就帶你了解它的真面幕。

實(shí)驗(yàn)的條件都是90V直流源、15V的門極控制的PWM、同一個(gè)NMOS，變量就是開關(guān)管回路的電感量的大小，

1.2uH電感回路

1.2uH電感下開關(guān)管的關(guān)斷尖峰為幾乎沒有

60uH電感回路

60uH電感下開關(guān)管的關(guān)斷尖峰跑到100V(開關(guān)管有風(fēng)險(xiǎn))

100uH電感回路

100uH電感下開關(guān)管的關(guān)斷尖峰跑到108V附近(開關(guān)管可能會(huì)損壞)

800uH電感回路

800uH電感下開關(guān)管的關(guān)斷尖峰跑到330V附近(開關(guān)管早已損壞)

因此從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看出，只要大的感性負(fù)載在開關(guān)管構(gòu)成的回路里面，此時(shí)就要注意開關(guān)管的端電壓會(huì)因?yàn)殡姼胸?fù)載造成開關(guān)管的損壞，對(duì)于大電感、大電流的開關(guān)管的切換場合，就要注重開關(guān)管的安全問題，要想辦法把開關(guān)管的關(guān)斷的最大電壓給處理到開關(guān)管的最大耐受電壓的范圍內(nèi)，至于開關(guān)管的這種電壓保護(hù)措施，我們將在下節(jié)進(jìn)行講解。