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一、MOS 管峰值電壓產(chǎn)生的原因

寄生電容的影響

MOS 管工作時(shí)存在內(nèi)部寄生電容，包括柵源電容（Cgs）和漏源電容（Cds）。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，這些寄生電容的充放電行為會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)。當(dāng) MOS 管從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時(shí)，寄生電容電荷迅速釋放，引起漏極瞬時(shí)電壓上升。其中，Cgs 在斷電瞬間可能未完全放電，造成柵電壓和漏電壓波動(dòng)；而 Cds 在關(guān)斷時(shí)，由于漏源電流迅速減小，其電荷迅速釋放，進(jìn)一步增加電壓尖峰的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

電感效應(yīng)

電路中的導(dǎo)線、器件本身或 MOS 管周?chē)脑?huì)產(chǎn)生寄生電感。隨著電流變化率（di/dt）的變化，較大的電感會(huì)在關(guān)斷 MOS 管時(shí)導(dǎo)致電感兩端產(chǎn)生很大的壓降，疊加在漏極電壓上形成峰值電壓。特別地，寄生源極電感（Ls）在關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向峰值電壓，疊加在漏極電壓上，增大峰值電壓幅度。

驅(qū)動(dòng)電路不當(dāng)

若驅(qū)動(dòng)電路無(wú)法對(duì)寄生電容快速充放電，會(huì)導(dǎo)致柵極電壓不穩(wěn)定，進(jìn)而影響漏極電壓。這種情況常見(jiàn)于驅(qū)動(dòng)電流不足或驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度不夠快的電路中，容易導(dǎo)致斷電時(shí)電壓尖峰增大。

負(fù)載電流突然變化

當(dāng) MOS 管從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時(shí)，負(fù)載電流迅速下降。如果電流變化過(guò)快，電感和寄生電容相互作用，可能引起較大的電壓波動(dòng)，形成峰值電壓。

電源和接地電纜阻抗

在高頻下，電源和接地電纜阻抗可能較高。這些阻抗在 MOS 管快速關(guān)斷時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)，產(chǎn)生峰值電壓。在高功率情況下，電源和接地阻抗對(duì)峰值電壓的影響尤為顯著。

二、峰值電壓對(duì)電路和系統(tǒng)性能的負(fù)面影響

器件損壞

過(guò)高的峰值電壓會(huì)使 MOS 管承受超過(guò)額定值的電壓，導(dǎo)致過(guò)載、過(guò)熱，甚至柵氧化層塌陷。這些問(wèn)題不僅會(huì)縮短 MOS 管的壽命，還可能對(duì)其造成直接損壞。

系統(tǒng)性能下降

峰值電壓會(huì)引起系統(tǒng)輸出電壓波動(dòng)，給系統(tǒng)帶來(lái)電磁干擾（EMI）和噪聲等問(wèn)題，降低工作效率和可靠性。對(duì)于穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用，如精密控制和通信系統(tǒng)，其影響更為嚴(yán)重。

復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

為了抑制峰值電壓，設(shè)計(jì)人員往往需要采取額外措施，如并聯(lián)電阻器、電容器或保護(hù)二極管等組件，這增加了電路復(fù)雜性和成本。

三、降低 MOS 管峰值電壓影響的措施

電路布局優(yōu)化

良好的 PCB 設(shè)計(jì)可以有效降低寄生電感和電容對(duì)峰值電壓的影響。正確的布線能夠縮短電源與地之間的距離，適當(dāng)增加去耦電容可以有效降低關(guān)鍵路徑寄生電感和峰值電壓幅值，從而進(jìn)一步抑制電壓波動(dòng)。

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)允許以零或接近零電壓開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)，并引入諧振電容。該技術(shù)減少了開(kāi)關(guān)期間的電壓和電流變化，從而減少了峰值電壓的出現(xiàn)，特別適合高頻電路。

加吸收電路

在 MOS 管的漏極和源極之間并聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)電容，構(gòu)成吸收電路。這種電路可以有效耗散反向峰值電壓的能量，降低峰值電壓幅值。不過(guò)，需要選擇適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙葜担员苊鈱?duì)電路其他部分產(chǎn)生負(fù)面影響。

選擇合適的 MOS 管

通過(guò)選擇具有較高耐壓的 MOS 管，可以降低電壓尖峰的可能性。同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注 MOS 管的閾值電壓、最大漏極電流等參數(shù)，以確保其在運(yùn)行環(huán)境中的穩(wěn)定性。

優(yōu)化 MOS 管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

保證驅(qū)動(dòng)電流充足且響應(yīng)速度快，在開(kāi)關(guān) MOS 管時(shí)，寄生電容能夠快速充放電，防止柵極電壓波動(dòng)過(guò)大，從而抑制峰值電壓。

綜上所述，MOS 管的峰值電壓?jiǎn)栴}是高頻電路中常見(jiàn)且嚴(yán)重的現(xiàn)象。若處理不當(dāng)，可能會(huì)帶來(lái)較大的負(fù)面影響。通過(guò)采用優(yōu)化電路布局、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、峰值電壓吸收電路等保護(hù)措施，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景分析峰值電壓的原因，可以有效抑制其帶來(lái)的問(wèn)題。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，峰值電壓保護(hù)技術(shù)也在不斷進(jìn)步。更高效的 MOS 管、更先進(jìn)的半導(dǎo)體材料和智能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，為電路峰值電壓抑制提供了更全面的解決方案，有助于保障電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性能。