詳解各元器件等效電路

　　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(xiàn)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L0、C0不可忽略時(shí)，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(xiàn)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(shí)際所測的都是等效值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，在阻抗測量中應盡量按實(shí)際工作條件(尤其是工作頻率)進(jìn)行，否則，測得的結果將會(huì )有很大的誤差，甚至是錯誤的結果。

　　二極管

　　功率二極管的正向導通等效電路

　�。�1）：等效電路

　　（2）：說(shuō)明：

　　二極管正向導通時(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��；電流增加，該電壓增加。詳細的關(guān)系曲線(xiàn)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(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中獲得。

　　功率二極管的穩態(tài)特性總結

　�。�1）：功率二極管穩態(tài)時(shí)的電流/電壓曲線(xiàn)

　�。�2）：說(shuō)明：

　　二極管正向導通時(shí)的穩態(tài)工作點(diǎn)：

　　當Vin >>Vd 時(shí)，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(shí)的穩態(tài)工作點(diǎn)： Id≈0，Vd = -Vin

　�。�3）：穩態(tài)特性總結：

　　-- 是一單向導電器件（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，其穩態(tài)特性和開(kāi)關(guān)特性不同：

　　-- 快恢復二極管；

　　-- 超快恢復，軟恢復二極管；

　　-- 蕭特基二極管（反向阻斷電壓降＜＜200V，無(wú)反向恢復問(wèn)題）；

　　-- 器件的正向電流額定是用它的平均值來(lái)標稱(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)電壓呈負溫度系數，故不能直接并聯(lián)使用；

　　-- 目前的 SiC 功率二極管器件，其反向恢復特性非常好。

　　MOS管

　　功率MOSFET的正向導通等效電路

　�。�1）：等效電路

　�。�2）：說(shuō)明：

　　功率 MOSFET 正向導通時(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)極驅動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線(xiàn)可從制造商的手冊中獲得。

　　功率MOSFET的反向導通等效電路（1）

　�。�1）：等效電路（門(mén)極不加控制）

　�。�2）：說(shuō)明：

　　即內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，多數情況下，因其特性很差，要避免使用。

　　功率MOSFET的反向導通等效電路（2）

　�。�1）：等效電路（門(mén)極加控制）

　�。�2）：說(shuō)明：

　　功率 MOSFET 在門(mén)級控制下的反向導通，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)極驅動(dòng)電壓的大小有關(guān)，驅動(dòng)電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線(xiàn)可從制造商的手冊中獲得。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中獲得。

　　功率MOSFET的穩態(tài)特性總結

　�。�1）：功率MOSFET 穩態(tài)時(shí)的電流/電壓曲線(xiàn)

　�。�2）：說(shuō)明：

　　功率 MOSFET 正向飽和導通時(shí)的穩態(tài)工作點(diǎn)：

　　當門(mén)極不加控制時(shí)，其反向導通的穩態(tài)工作點(diǎn)同二極管。

　�。�3）：穩態(tài)特性總結：

　　-- 門(mén)極與源極間的電壓Vgs 控制器件的導通狀態(tài)；當Vgs<Vth時(shí)，器件處于斷開(kāi)狀態(tài)，Vth一般為 3V；當Vgs>Vth時(shí)，器件處于導通狀態(tài)；器件的通態(tài)電阻與Vgs有關(guān)，Vgs大，通態(tài)電阻��；多數器件的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，故原理上很容易并聯(lián)擴容，但實(shí)際并聯(lián)時(shí)，還要考慮驅動(dòng)的對稱(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��；

　　-- 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�。�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)結電容，三個(gè)溝道電阻，和一個(gè)內部二極管及一個(gè)理想MOSFET 來(lái)等效。三個(gè)結電容均與結電壓的大小有關(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。