電阻

圖1 電阻等效電路

電阻的等效阻抗

同一個(gè)電阻元件在通以直流和交流電時(shí)測(cè)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(shí)，在交流下測(cè)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(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(shí)其等效電路如圖2所示。比較圖1和圖 2可知二者實(shí)際上是相同的，電感元件的高頻等效阻抗可參照式 1來(lái)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(shí)或RL、CL和ω都不大時(shí)，Le才會(huì)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(cè)量R、L、C，實(shí)際所測(cè)的都是等效值Re、Le、Ce;由于電阻、電容和電感的實(shí)際阻抗隨環(huán)境以及工作頻率的變化而變，因此，在阻抗測(cè)量中應(yīng)盡量按實(shí)際工作條件(尤其是工作頻率)進(jìn)行，否則，測(cè)得的結(jié)果將會(huì)有很大的誤差，甚至是錯(cuò)誤的結(jié)果。

二極管

功率二極管的正向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

(1)：等效電路

(2)：說(shuō)明：

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

功率二極管的反向截止等效電路

(1)：等效電路

(2)：說(shuō)明：

二極管反向截止時(shí)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(cè)中獲得。

功率二極管的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

(1)：功率二極管穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流/電壓曲線

(2)：說(shuō)明：

二極管正向?qū)〞r(shí)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：

當(dāng)Vin >>Vd 時(shí)，有：

而Vd對(duì)于不同的二極管，其范圍為 0.35V~2V。

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

(3)：穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)：

-- 是一單向?qū)щ娖骷?無(wú)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(wú)其它外部控制;

-- 普通二極管的功率容量很大，但頻率很低;

-- 開(kāi)關(guān)二極管有三種，其穩(wěn)態(tài)特性和開(kāi)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(wú)反向恢復(fù)問(wèn)題);

-- 器件的正向電流額定是用它的平均值來(lái)標(biāo)稱(chēng)的;只要實(shí)際的電流平均值沒(méi)有超過(guò)其額定值，保證散熱沒(méi)問(wèn)題，則器件就是安全的;

-- 器件的通態(tài)電壓呈負(fù)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?/p>

(1)：等效電路

(2)：說(shuō)明：

功率 MOSFET 正向?qū)〞r(shí)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(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細(xì)的關(guān)系曲線可從制造商的手冊(cè)中獲得。

功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐?1)

(1)：等效電路(門(mén)極不加控制)

(2)：說(shuō)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?2)

(1)：等效電路(門(mén)極加控制)

(2)：說(shuō)明：

功率 MOSFET 在門(mén)級(jí)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(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細(xì)的關(guān)系曲線可從制造商的手冊(cè)中獲得。此工作狀態(tài)稱(chēng)為MOSFET 的同步整流工作，是低壓大電流輸出開(kāi)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

(1)：等效電路

(2)：說(shuō)明：

功率 MOSFET 正向截止時(shí)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(cè)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(shí)的電流/電壓曲線

(2)：說(shuō)明：

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

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

(3)：穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)：

-- 門(mén)極與源極間的電壓Vgs 控制器件的導(dǎo)通狀態(tài);當(dāng)VgsVth時(shí)，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)電阻小;多數(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(lái)標(biāo)稱(chēng)的;只要實(shí)際的漏極電流有效值沒(méi)有超過(guò)其額定值，保證散熱沒(méi)問(wèn)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(kuò)容，但實(shí)際并聯(lián)時(shí)，還要考慮驅(qū)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性和動(dòng)態(tài)均流問(wèn)題;

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

-- 器件的同步整流工作狀態(tài)已變得愈來(lái)愈廣泛，原因是它的通態(tài)電阻非常小(目前最小的為2-4 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

(1)：等效電路

(2)：說(shuō)明：

實(shí)際的功率MOSFET 可用三個(gè)結(jié)電容，三個(gè)溝道電阻，和一個(gè)內(nèi)部二極管及一個(gè)理想MOSFET 來(lái)等效。三個(gè)結(jié)電容均與結(jié)電壓的大小有關(guān)，而門(mén)極的溝道電阻一般很小，漏極和源極的兩個(gè)溝道電阻之和即為MOSFET 飽和時(shí)的通態(tài)電阻。