開關(guān)MOSFET為什么會有振鈴和電壓尖峰

開關(guān)MOSFET中產(chǎn)生振鈴和電壓尖峰的現(xiàn)象是電力電子轉(zhuǎn)換過程中常見的問題，尤其是在高頻開關(guān)應(yīng)用中更是如此。這接下來，我們將詳細探討這些現(xiàn)象的起因。

振鈴的成因

寄生電感：在MOSFET的漏極、源極和門極連接中存在不可避免的寄生電感。當(dāng)MOSFET從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)或者反之時，流過這些寄生電感的電流發(fā)生急劇變化，根據(jù)V = L（di/dt），會在MOSFET兩端產(chǎn)生較大的電壓尖峰。

寄生電容：電路布局中存在的寄生電容，特別是在MOSFET的漏極和門極之間，會與寄生電感相互作用，形成RLC振蕩電路。這種振蕩表現(xiàn)為電壓和電流的振鈴現(xiàn)象，即波形中的振蕩衰減。

不匹配的阻抗：如果負載的阻抗與MOSFET的輸出阻抗不匹配，也可能導(dǎo)致信號反射，從而引起振鈴。這種情況下，振鈴主要是由阻抗失配導(dǎo)致的反射波引起的。

電壓尖峰的成因

快速切換：MOSFET在切換過程中，其導(dǎo)通或截止的狀態(tài)變換非常迅速，這種快速的變換使得通過器件的電流在短時間內(nèi)發(fā)生劇烈變化，通過寄生電感產(chǎn)生的高電壓尖峰。

二極管反向恢復(fù)：在含有二極管的電路中，如同步整流器，二極管在從正向?qū)ㄇ袚Q到反向阻斷的過程中會發(fā)生反向恢復(fù)，這個過程中電流突然改變，同樣會在寄生電感上引起電壓尖峰。

電源和地平面的噪聲：在開關(guān)過程中，電源和地平面上的噪聲可以被耦合到MOSFET的控制門極，影響其開關(guān)行為，并可能導(dǎo)致額外的電壓尖峰。

解決方案

為了減少振鈴和電壓尖峰，可以采取以下措施：

減小寄生參數(shù)：優(yōu)化PCB布局，減小連接線的長度，使用更短更粗的走線，以減小寄生電感；同時，合理安排元器件位置，以減小寄生電容的影響。

使用吸收電路：在MOSFET兩端加入適當(dāng)?shù)腞C緩沖電路或嵌位電路，可以有效吸收電壓尖峰，減少振鈴。