工作于開關狀態的晶體管由于電流變化率di/dt和電壓變化率dv/dt而產生瞬態過電流和瞬態過電壓,這種現象稱為電應力。電應力的本質是瞬時功耗的集中。這種電壓和電流過沖形成的尖峰和毛刺,很容易損壞晶體管。晶體管在整個開關周期中,最危險的情況是出現在晶體管關斷時。尤其是晶體管在感性負載的情況下,當晶體管截止時,會產生非常高的尖峰電壓,損壞晶體管。
為防止開關晶體管的損壞,可以采取一下措施:
1、反向二極管保護
圖一
如圖一示,二極管的作用是當晶體管的集電極電壓突然變負時提供電流通路,使晶體管旁路。這種二極管可以防止晶體管反向導通而損壞。由于開關晶體管dv/dt非常高,用作保護的二極管必須選用快速恢復型二極管,以保證二極管能夠迅速反應得以保護晶體管。對于二極管的耐壓要求,一般其截止電壓為開關晶體管C-E間電壓的2倍。
2、RC阻尼電路
圖二
圖二中,在晶體管關斷時,RC阻尼電路能夠一直晶體管集電極和發射極間出現的浪涌電壓。
3、充放電型RCD阻尼電路
圖三
圖三適用于帶有較窄反向偏置安全工作區的器件浪涌電壓一致。當晶體管關斷時,電容C通過二極管被充電,充電電壓接近VCC。當晶體管導通時,C再經過電阻R放電。通過RCD阻尼電路吸收了一定的功率,從而減輕了開關管的負擔。充放電型RCD吸收電路損耗較大,不太適合較高頻率場合下的應用。
4、放電阻塞型RCD阻尼電路
圖四
圖四中的RCD吸收電路損耗較小,雖然對浪涌電壓抑制作用不是很明顯,但在開關導通時的集電極沖擊電流的吸收效果比較顯著。當開關管關斷時,二極管對電阻充當短路器,可提高對電壓的吸收效果。電容C的容量不能太小,否則會增大開關損耗。如果電容容量過大,在開關管導通時,電容的容量不能充分的恢復到電源,將增加損耗。這種RCD吸收網絡適用于具有較寬反向偏置安全工作區的器件。
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