分立器件寄生參數(shù)模型與效應(yīng)

在電路設(shè)計(jì)中每個(gè)器件都有其寄生參數(shù)。例如，一個(gè)電感中還存在容性和阻性分量，電容中還存在感性和阻性分量。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，所適用的元件對(duì)其表現(xiàn)有著巨大的影響。最關(guān)鍵的元件，比如開(kāi)關(guān)元件，整流元件，磁場(chǎng)元件和濾波電容不僅對(duì)開(kāi)關(guān)頻率而且對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)換器的效率都有影響。功率開(kāi)關(guān)，整流二極管，變壓器，電容和電感都有寄生屬性，設(shè)計(jì)者必須熟悉這些屬性并且知道如何測(cè)量它們。

典型轉(zhuǎn)換器件的寄生分量

半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)有許多不理想的屬性。特別是場(chǎng)效應(yīng)管激勵(lì)電流上的電流尖峰迫使它必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，尤其是考慮到在開(kāi)關(guān)周期中，這個(gè)電流會(huì)對(duì)柵極與漏極之間的寄生米勒電容不斷地充放電。二極管中有一個(gè)等效并聯(lián)電容，這會(huì)減慢開(kāi)關(guān)速度并且會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部前向電壓下降。電感的損耗很大程度上依賴(lài)于磁芯的材料，還有它的直流電阻分量(DC Resistance)， 這個(gè)電阻會(huì)導(dǎo)致繞組上產(chǎn)生一個(gè)I2R的損耗和內(nèi)部耦合容性。一般的電容寄生效應(yīng)很?chē)?yán)重， 比如等效串聯(lián)電阻(equivalent series resistance)和等效串聯(lián)電感(equivalentseries inductance)。所有這些效應(yīng)都是與頻率有關(guān)的，所以頻率很高時(shí)一個(gè)電感會(huì)表現(xiàn)為容性， 一個(gè)電容也可以表現(xiàn)為感性。

變壓器的寄生分量如圖所示。CWA和CWB是繞組間的耦合電容，CP和CS是初級(jí)和次級(jí)繞組上 的電容(一般都不是很重要，除非是在高頻設(shè)計(jì)中)，LM是磁芯的磁化電感，LLP和LLS是漏電 感。這些寄生效果對(duì)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)有極大的影響：耦合電容會(huì)導(dǎo)致共模EMC問(wèn)題，由于LM而產(chǎn) 生的飽和問(wèn)題限制了變壓器的電流和可操作溫度，漏電感尤其的麻煩，它會(huì)降低效率并產(chǎn)生EMI輻射。

變壓器寄生參數(shù)模型

繞組電流突變的時(shí)候，一部分電壓尖峰是有漏電感產(chǎn)生的。這種過(guò)大的電壓會(huì)對(duì)初級(jí)端的開(kāi)關(guān)和次級(jí)端的二極管造成很大的壓力，所以要么選擇適用可以承受這些電壓尖峰的元件，要么并聯(lián)一個(gè)緩沖網(wǎng)來(lái)吸收尖峰中的能量。尖峰中的能量和緩沖網(wǎng)必須吸收的功率可以用下面 的公式來(lái)計(jì)算：

一個(gè)沒(méi)有緩沖網(wǎng)的反激式設(shè)計(jì)中，開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管兩端的電壓和整流二極管中的電流如圖1.35 所示。上半圖是開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管兩端的電壓。在這個(gè)例子中，雖然初級(jí)的源電壓只有160Vdc， 但是場(chǎng)效應(yīng)管必須承受600V的電壓尖峰。

下半圖是流經(jīng)輸出整流二極管的電流。電流尖峰會(huì)使二極管發(fā)燙從而造成額外的功耗，由圖 可見(jiàn)，寄生電感效應(yīng)造成的電流尖峰比由變壓器自身的電感所生成的峰值電流還要高50%。

緩沖網(wǎng)電路可以吸收一部分尖峰中的能量從而緩解開(kāi)關(guān)和二極管上的過(guò)壓壓力，降低它們的 操作溫度并且減小傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。但是緩沖網(wǎng)可以吸收能量但是不能消除尖峰所造成 的功耗。本來(lái)這些能量不是被開(kāi)關(guān)就是被整流器吸收，現(xiàn)在只是換做緩沖網(wǎng)的電阻吸收這部 分能量。然而，電阻是無(wú)源元件并且比較耐高溫，所以一般從成本收益的關(guān)系考慮，添加緩沖網(wǎng)是比較有利的。反激式轉(zhuǎn)換器中的緩沖網(wǎng)電路如圖所示。

除了由寄生漏電感造成的功耗外，任何耦合電抗的系統(tǒng)都存在諧振頻率。大多數(shù)以變壓器為 基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)都盡可能地減少寄生分量，或者選擇在一個(gè)完全遠(yuǎn)離諧振頻率的頻段工作。

但是準(zhǔn)諧振或者諧振轉(zhuǎn)換器卻是刻意工作在諧振頻率上的，它們是通過(guò)增加繞組電感或添加額外的電感來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)換器工作在諧振頻率時(shí)，效率是極高的。