吸收電路在模擬電路設(shè)計中的技術(shù)研究

吳岳芬湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院

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吸收電路在模擬電路設(shè)計中的技術(shù)研究

吳岳芬
湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院

針對模擬電路實際設(shè)計中，電子器件容易損壞的問題，研究了幾種不同的吸收電路，通過在器件兩端并聯(lián)電容、電阻以及二極管等措施來改善其電壓和電流尖峰脈沖，最后通過PSPICE仿真軟件驗證了理論分析的正確性。

電子器件 吸收電路 尖峰脈沖 仿真

1　引言

在模擬電子技術(shù)中，電子器件如果工作在硬開關(guān)狀態(tài)，由于電壓和電流的開通和關(guān)斷有一個過程，從而會導(dǎo)致下面兩個不好的結(jié)果，第一：過大的電流對開關(guān)器件造成沖擊，從而會造成電子器件的損壞；第二：電路產(chǎn)生尖峰電壓或建峰電流，從而會影響電路正常工作。因此在實際電路設(shè)計中，應(yīng)該極力避免這種情況，比如采用一些保護(hù)措施去克服此種情況，本文以二極管和MOS場效應(yīng)管為例，通過采用不同的吸收電路對抑制電子器件兩端的電壓以及流過其的電流所產(chǎn)生的尖峰脈沖有顯著抑制作用，論文最后最后通過PSPICE仿真軟件對理論分析分析進(jìn)行了驗證論證。

2　二極管采用吸收電路的仿真研究

對于二極管的吸收電路具有兩種形式：二極管并聯(lián)電容器，二極管并聯(lián)電容與電阻串聯(lián)的組合。為了使續(xù)流環(huán)節(jié)具有良好的電磁兼容性，二極管采用快恢復(fù)二極管，以確保輸出理想的直流信號。以下對二極管采用兩種吸收方式的電路在PSPICE中進(jìn)行仿真比較。第一種情況：將二極管與電容并聯(lián)，其中C=0.015μH，考慮電路中的寄生電感，得到吸收電路。從仿真結(jié)果上可以看出，二極管的電流有尖峰，吸收效果不理想。

第二種情況，將二極管與電容、電阻串聯(lián)的組合并聯(lián)，其中C=0.015μH，R=100?，考慮電路中的寄生電感，電流仿真結(jié)果可以看到，二極管并聯(lián)電容與電阻串聯(lián)吸收電路可以使二極管電流波形中的振蕩得到良好的改善，幾乎沒有尖峰脈沖。

3　場效應(yīng)管采用吸收電路的仿真研究

MOS場效應(yīng)管的吸收電路存在以下幾種形式：開關(guān)管兩端直接并聯(lián)電容器，開關(guān)管兩端并聯(lián)串聯(lián)的電容與電阻，開關(guān)管并聯(lián)電阻和二極管先并聯(lián)再 與電容器串聯(lián)的組合。對場效應(yīng)管采用三種吸收方式的電路進(jìn)行仿真比較。第一種情況：并聯(lián)電容，由場效應(yīng)管與一個無感電容并聯(lián)構(gòu)成的電路圖。

當(dāng)系統(tǒng)容量增大時，電容上的充放電電流將超過電容能夠承受的極限。因此，該電路只能應(yīng)用于小功率場合，對抑制瞬變電壓非常有效且成本較低。此外，隨著功率級別的增大，這種吸收電路的電容 與母線分布電感容易形成振蕩。采用跨接電容結(jié)構(gòu)的電路開關(guān)管漏源兩端間的電壓波形。

第二種情況：電阻與電容串聯(lián)，電阻與電容串聯(lián)組成，跨接在場效應(yīng)管管兩端。當(dāng)場效應(yīng)管關(guān)斷時，分布電感儲存能量轉(zhuǎn)移到吸收電容，限制了場效應(yīng)管上的電壓尖峰；當(dāng)場效應(yīng)管開通時，儲存在吸收電容上的能量通過電阻放電。結(jié)構(gòu)的電路場效應(yīng)管漏源兩端間的電壓波形與漏極電流的仿真波形?？梢钥吹?，場效應(yīng)管并聯(lián)電容與電阻串聯(lián)吸收電路可以使場效應(yīng)管上的電壓和電流的干擾波動明顯減小。

第三種情況：電阻先并聯(lián)二極管再串聯(lián)電容，吸收電路由電阻與快恢復(fù)二極管并聯(lián)后與電容串聯(lián)組成。

與上面兩種方式不同在于快恢復(fù)二極管可箝位瞬變電壓，從而抑制了諧振的發(fā)生。因此，采用該電路不會引起大的振蕩。下場效應(yīng)管漏源兩端間電壓的仿真波形，場效應(yīng)管的漏極電流，從仿真圖可以看出場效應(yīng)管漏源兩端的電壓波形和流過漏源的電流波形幾乎沒有尖峰脈沖，起到了良好的效果。

4　結(jié)束語

本文以二極管和MOS場效應(yīng)管為例，研究了在并聯(lián)電容、并聯(lián)電容和電阻以及電阻先并聯(lián)二極管再串聯(lián)電容三種吸收電路對電子開關(guān)器件的影響，結(jié)論得出當(dāng)二極管采用并聯(lián)電容和電阻的吸收電路，流過二極管的電流尖峰明顯減少。當(dāng)場效應(yīng)管采用開關(guān)管電阻先并聯(lián)二極管再串聯(lián)電容的吸收電路抑制尖峰電壓脈沖和電流脈沖效果最好，為模擬電路的實際設(shè)計提供了理論依據(jù)。

［1］ 璩克旺，陶生桂，毛明平.開關(guān)電源的抗干擾技術(shù)［J］.電工技術(shù)雜志，2003，10，25-28.

［2］ 孫國印.功率模塊應(yīng)用中過電壓的抑制［J］.電力電子技術(shù)，2002，8： 51-56.

［3］ Rahul Chokhawala， Saed Sobhni.Switching Voltage Transient Protection Schemes for Current MOSFET Modules.IEEE Transactions on Power Electronics，Vol.EMC-10， P225-231.

［4］ Yi Zhang， Seed Sobhani， Rahul Chokhawala， Snubber Consideration for MOSFET Application. IEEE Transactions on Power Electronics， Vol. Electromagn. Compat. EMC-24，P165-170.