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詳解各元器件等效電路

出處:電子市場 發(fā)布于:2018-02-27 17:06:47 | 4263 次閱讀

  電阻

  

  圖1 電阻等效電路

  電阻的等效阻抗

  同一個電阻元件在通以直流和交流電時測得的電阻值是不相同的。在高頻交流下,須考慮電阻元件的引線電感L0和分布電容C0的影響,其等效電路如圖1所示,圖中R為理想電阻。由圖可知此元件在頻率f下的等效阻抗為

  式 1

  上式中ω=2πf, Re和Xe分別為等效電阻分量和電抗分量,且

  式 2

  從上式可知Re除與f有關(guān)外,還與L0、C0有關(guān)。這表明當(dāng)L0、C0不可忽略時,在交流下測此電阻元件的電阻值,得到的將是Re而非R值

  電感

  電感等效電路

  圖2 電感等效電路

  電感的等效阻抗

  電感元件除電感L外,也總是有損耗電阻RL和分布電容CL。一般情況下RL和CL的影響很小。電感元件接于直流并達到穩(wěn)態(tài)時,可視為電阻;若接于低頻交流電路則可視為理想電感L和損耗電阻RL的串聯(lián);在高頻時其等效電路如圖2所示。比較圖1和圖 2可知二者實際上是相同的,電感元件的高頻等效阻抗可參照式 1來確定

  式 3

  式中 Re和Le分別為電感元件的等效電阻和等效電感。

  從上式知當(dāng)CL甚小時或RL、CL和ω都不大時,Le才會等于L或接近等于L。

  電容

  電容等效電路

  圖3 電容等效電路

  電容的等效阻抗

  在交流下電容元件總有一定介質(zhì)損耗,此外其引線也有一定電阻Rn和分布電感Ln,因此電容元件等效電路如圖 3所示。圖中C是元件的固有電容,Rc是介質(zhì)損耗的等效電阻。等效阻抗為

  式 4

  式中 Re和Ce分別為電容元件的等效電阻和等效電容, 由于一般介質(zhì)損耗甚小可忽略(即Rc→∞),Ce可表示為

  式 5

  從上述討論中可以看出,在交流下測量R、L、C,實際所測的都是等效值Re、Le、Ce;由于電阻、電容和電感的實際阻抗隨環(huán)境以及工作頻率的變化而變,因此,在阻抗測量中應(yīng)盡量按實際工作條件(尤其是工作頻率)進行,否則,測得的結(jié)果將會有很大的誤差,甚至是錯誤的結(jié)果。

  二極管

  功率二極管的正向?qū)ǖ刃щ娐?/strong>

 ?。?):等效電路

  (2):說明:

  二極管正向?qū)〞r可用一電壓降等效,該電壓與溫度和所流過的電流有關(guān),溫度升高,該電壓變?。浑娏髟黾?,該電壓增加。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。

  功率二極管的反向截止等效電路

  (1):等效電路

  (2):說明:

  二極管反向截止時可用一電容等效,其容量與所加的反向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān),大小可從制造商的手冊中獲得。

  功率二極管的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

 ?。?):功率二極管穩(wěn)態(tài)時的電流/電壓曲線

 ?。?):說明:

  二極管正向?qū)〞r的穩(wěn)態(tài)工作點:

  當(dāng)Vin >>Vd 時,有:

  而Vd對于不同的二極管,其范圍為 0.35V~2V。

  二極管反向截止時的穩(wěn)態(tài)工作點: Id≈0,Vd = -Vin

  (3):穩(wěn)態(tài)特性總結(jié):

  -- 是一單向?qū)щ娖骷o正向阻斷能力);

  -- 為不可控器件,由其兩斷電壓的極性控制通斷,無其它外部控制;

  -- 普通二極管的功率容量很大,但頻率很低;

  -- 開關(guān)二極管有三種,其穩(wěn)態(tài)特性和開關(guān)特性不同:

  -- 快恢復(fù)二極管;

  -- 超快恢復(fù),軟恢復(fù)二極管;

  -- 蕭特基二極管(反向阻斷電壓降<<200V,無反向恢復(fù)問題);

  -- 器件的正向電流額定是用它的平均值來標(biāo)稱的;只要實際的電流平均值沒有超過其額定值,保證散熱沒問題,則器件就是安全的;

  -- 器件的通態(tài)電壓呈負溫度系數(shù),故不能直接并聯(lián)使用;

  -- 目前的 SiC 功率二極管器件,其反向恢復(fù)特性非常好。

  MOS管

  功率MOSFET的正向?qū)ǖ刃щ娐?/strong>

 ?。?):等效電路

 ?。?):說明:

  功率 MOSFET 正向?qū)〞r可用一電阻等效,該電阻與溫度有關(guān),溫度升高,該電阻變大;它還與門極驅(qū)動電壓的大小有關(guān),驅(qū)動電壓升高,該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。

  功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐罚?)

  (1):等效電路(門極不加控制)

 ?。?):說明:

  即內(nèi)部二極管的等效電路,可用一電壓降等效,此二極管為MOSFET 的體二極管,多數(shù)情況下,因其特性很差,要避免使用。

  功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐罚?)

  (1):等效電路(門極加控制)

 ?。?):說明:

  功率 MOSFET 在門級控制下的反向?qū)?,也可用一電阻等效,該電阻與溫度有關(guān),溫度升高,該電阻變大;它還與門極驅(qū)動電壓的大小有關(guān),驅(qū)動電壓升高,該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。此工作狀態(tài)稱為MOSFET 的同步整流工作,是低壓大電流輸出開關(guān)電源中非常重要的一種工作狀態(tài)。

  功率MOSFET的正向截止等效電路

 ?。?):等效電路

 ?。?):說明:

  功率 MOSFET 正向截止時可用一電容等效,其容量與所加的正向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān),大小可從制造商的手冊中獲得。

  功率MOSFET的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

  (1):功率MOSFET 穩(wěn)態(tài)時的電流/電壓曲線

 ?。?):說明:

  功率 MOSFET 正向飽和導(dǎo)通時的穩(wěn)態(tài)工作點:

  當(dāng)門極不加控制時,其反向?qū)ǖ姆€(wěn)態(tài)工作點同二極管。

 ?。?):穩(wěn)態(tài)特性總結(jié):

  -- 門極與源極間的電壓Vgs 控制器件的導(dǎo)通狀態(tài);當(dāng)Vgs<Vth時,器件處于斷開狀態(tài),Vth一般為 3V;當(dāng)Vgs>Vth時,器件處于導(dǎo)通狀態(tài);器件的通態(tài)電阻與Vgs有關(guān),Vgs大,通態(tài)電阻?。欢鄶?shù)器件的Vgs為 12V-15V ,額定值為+-30V;

  -- 器件的漏極電流額定是用它的有效值或平均值來標(biāo)稱的;只要實際的漏極電流有效值沒有超過其額定值,保證散熱沒問題,則器件就是安全的;

  -- 器件的通態(tài)電阻呈正溫度系數(shù),故原理上很容易并聯(lián)擴容,但實際并聯(lián)時,還要考慮驅(qū)動的對稱性和動態(tài)均流問題;

  -- 目前的 Logic-Level的功率 MOSFET,其Vgs只要 5V,便可保證漏源通態(tài)電阻很?。?

  -- 器件的同步整流工作狀態(tài)已變得愈來愈廣泛,原因是它的通態(tài)電阻非常?。壳白钚〉臑?-4 毫歐),在低壓大電流輸出的DC/DC 中已是最關(guān)鍵的器件;

  包含寄生參數(shù)的功率MOSFET等效電路

 ?。?):等效電路

 ?。?):說明:

  實際的功率MOSFET 可用三個結(jié)電容,三個溝道電阻,和一個內(nèi)部二極管及一個理想MOSFET 來等效。三個結(jié)電容均與結(jié)電壓的大小有關(guān),而門極的溝道電阻一般很小,漏極和源極的兩個溝道電阻之和即為MOSFET 飽和時的通態(tài)電阻。

1次

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