互补管脉冲电路

通常的双管脉冲电路,总是一只管导通,另一只管截止。但是互补管脉冲电路不同,它具有如下特点:
(1)两管同时导通或同时截止。
(2)一端输出波形为陡上升慢下降,另一端输出波形为陡下降慢上升,因此,两端输出通过微分后,就获得一对极性要相反而又十分陡直的尖脉冲。
注意:这种电路引起电源功率波动较大,因为当两管从截止转至导通时,电流从零增至某数值。
一、互补管双稳态电路
互补管双稳态电路见图1(a)。当接通电源后,若无触发信号作用,由于集极电流极小,Rc1、Rc2的端电压[供电给两管的偏流]也很小,故两管都截止,电路处于一种稳定状态。

图1、互补管双稳态电路
当触发脉冲作用下,设BG1由截止转入放大,并产生下述的雪崩式正反馈过程
很快地使两管饱和导通,处于另一稳定状态,电容C1是加速电容,由图1(b)可见,uc1从Ec陡直地下降至零,而Uc2却从零陡直地上升至Ec。
要使状态回到原来的稳态,必须供给BG1或BG2的基极一个负尖脉冲,正反馈的翻转过程与上述类似,电路图1(C)是单端输出电路,图2是另一类互补双稳电路,它直接从普通的双稳电路转变过来。
二、互补管多谐振荡电路
互补管多谐振荡电路见图3。该电路仍然由两级集基阻容耦合的倒相器组成,当电路接通电源时,两管不能马上导通,因为CA、CB的充电路径是:Ec→R2→CA→Rc1;CB的充电路径是:Ec→Rc2→CB→R1.当CA和CB充电到一定数值后,UCA、UCB作为两管基极回路的正向偏置电压,使Ib1、Ib2增加,由于正反馈的作用,很快地使BG1、BG2饱和,这是一种暂稳态

图三、互补多谐振荡电路
饱和一开始,CA经Rb2、BG2的发射结构及电阻Rc1放电(CA放完电后,双被Uc1反向对CA充电,这时,UcA为左正右负)而CB通过Rc2、BG1的的发射结及Rb1放电,随着CA、CB放电过程,Ube1不断增加,而Ube2不断减小,直至两管由饱和退至放大状态,从而引起下列“雪崩”式的正反馈:
结果使BG1、BG2截止,接着CA、CB又进行充电,如此重复。就可获得如图3(b)的输出脉冲波,设电路对称,即CA=CB=C,Rb1=Rb2=Rb,R1=R2=R,Rc1=Rc2=Rc脉冲宽度为:
t1=c(Rb+rbe)In{Ec/[Ubes+(Ec/Rb)Rc]}
t2≈0.7Rc
选择晶体管的β应满足Rb<βRc,根据图3(a)电路的参数可算出t1=10毫秒,t2=750毫秒,占空比(t1/t2)=75.
三、其他的互补管脉冲电路
其他的互补管脉冲电路有以下三种。
1、互补管单稳态电路
图4示出两种形式的互补管单稳态电路,图4(b)为常态时两管饱和的互补管单稳态电路。当满足条件,R2<β1、R1及R3<β2、R4时电路处于两管饱和的稳态,当负脉冲作用于BG1基极,BG1退出饱和,且引起反应Uc1↑→Ub2↑→Uc2↓→Ub1↓。正反馈连锁反应的结果,使BG1、BG2均截止,此为暂稳态。此时C通过R2、R4及电源放电,放电完后又进入两管饱和的稳定状态。二极管D是防止C的电压击穿BG1的基-射结,脉冲宽度为:
tr=0.7(R2+R4)C
图4(b)为常态时两管截止的互补单稳态电路

图4、互补管单稳态电路
2、互补管施密特触发器
图5为互补管施密特触发器,本电路是依靠直流电位触发的施密特电路,在工作过程中。两管同时饱和或同时截止。
当ui处于低电平时,由ui和-Eb所引起的ub1为负值,BG1截止,又因R3无电源,所以BG2也截止,处于一种稳定状态。
当ui上升到高电平时,ub1达到BG1的导通阀电压,BG1开始导通,经过BG1、BG2的连锁正反馈作用。最后使BG1、BG2同时导通,这是另一种稳定状态。
R5与电路因差的大小有关,R5越大,回差就越小。

图5、互补管施密特触发器

图6、互补管的锯齿波电路
3、互补管的锯齿波电路
图6为互补管的锯齿波电路,这是自激式互补的锯齿波电路,其中由BG1、BG2组成开关器,以控制定时电容C的充放电,BG3为恒流管。
当BG1、BG2均截时,恒流Ic3对C充电(极性如图6所示)输出电压uo随时间线性下降,这是扫描电压的正程,当电容电压Uc下降到BG2的导通阀电压时,BG2开始导通,BG1、BG2经过正反馈连锁反应时到达了饱和状态,此时C经过BG1、BG2一直停留在饱和状态而不返回到截止状态。
<think>嗯,用户要求我解释MOS管中的Sunnber电路设计与应用,但首先需要确认这个术语是否正确。根据提供的引用资料,没有直接提到"Sunnber",但引用[3]讨论了MOS管驱动电路中的"Snubber电路",这可能是用户拼写错误。用户引用的资料中,引用[3]提到"互补推挽与图腾柱关键差异总结",引用[4]描述了MOS管寄生二极管的应用场景,这些都与缓冲电路设计相关。 用户真正的需求应该是关于MOS管开关电路中的缓冲保护设计。Snubber电路的核心作用是抑制开关过程中的电压尖峰和振荡。在引用[3]的隔离驱动部分提到需要控制短路风险,这正好对应缓冲电路的功能。引用[4]展示的寄生二极管导通特性也解释了为什么开关瞬间会产生浪涌——这正是Snubber要解决的问题。 现在需要构建完整的解释框架。首先从电路结构入手,RC Snubber是最基础的形式,电阻电容串联后并联在MOS管的漏源极之间。当MOS管关断时,寄生电感(比如线路电感)存储的能量会通过RC回路缓慢释放,避免形成高压毛刺。这里要强调参数计算:电容值需满足$C > \frac{L_p I^2}{V_{spike}^2}$,电阻值则要临界阻尼$\frac{1}{2\sqrt{L_p C}}$,同时注意电阻功率损耗$P=\frac{1}{2}CV^2f$。 关于应用场景,引用[1]提到MOS管在开关电源和马达驱动中的核心地位,这正是Snubber电路的主战场。比如电动工具的马达控制器,MOS管频繁开关时,电机绕组的电感会反复产生反向电动势,必须用Snubber吸收。引用[2]描述的电源切换电路虽然重点在隔离,但同样存在寄生电感问题,可补充说明。 最后考虑用户可能的深层需求:是否在具体设计中遇到开关损耗过大或EMC问题?因此补充设计要点:RC参数需用示波器实测调整,优先选用低ESR陶瓷电容;对高频场景可推荐TVS+RCD组合方案。所有技术描述要确保符合LaTeX格式要求,比如关断电压公式写成$V_{DS} = V_{DC} + L_p\frac{di}{dt}$。 用户提供的引用资料很有价值,特别是[3]和[4]直接关联缓冲电路原理。需要将其中关于寄生二极管和驱动风险的内容自然融入回答,并在末尾添加引用标识。最后生成的问题要覆盖参数计算、故障案例等实操需求,帮助用户延伸学习。</think>好的,针对您提到的“MOS管 Sunnber 电路设计与应用”,结合您提供的引用资料和常见的MOS管应用知识,这很可能指的是“MOS管 **Snubber** 电路设计与应用”(“Sunnber”可能是“Snubber”的拼写变体)。Snubber电路(缓冲电路或吸收电路)是MOS管开关应用中非常重要的保护电路,用于抑制开关过程中的电压尖峰、振荡和电磁干扰(EMI),保护MOS管免受损坏。 以下是对MOS管Snubber电路设计与应用的详细说明: **核心目的:** 当MOS管作为开关快速导通或关断时,电路中存在的寄生电感(如线路电感、变压器漏感、电机绕组电感等)会导致电流突变(di/dt)产生很高的反向电动势(L*di/dt)。这个电压尖峰叠加在MOS管的漏源极电压(V<sub>DS</sub>)上,可能超过MOS管的额定击穿电压(V<sub>DSS</sub>),导致器件损坏或产生严重的电磁干扰。Snubber电路的作用就是吸收或抑制这个电压尖峰。 **常见Snubber电路类型与设计:** 1. **RC Snubber(最常用):** * **结构:** 一个电阻(R<sub>snub</sub>)和一个电容(C<sub>snub</sub>)串联,然后并联在MOS管的漏极(D)和源极(S)之间(或需要保护的开关节点与地之间)。 * **工作原理:** * **关断瞬间:** 当MOS管关断时,寄生电感产生的电压尖峰会使C<sub>snub</sub>开始充电。电容的存在限制了电压上升的速度(dV/dt),吸收了尖峰能量。 * **导通瞬间:** 当MOS管导通时,C<sub>snub</sub>上储存的能量通过R<sub>snub</sub>放电。电阻限制了放电电流的峰值和速率,防止过大的电流冲击MOS管,并消耗掉吸收的能量(转化为热)。 * **设计要点:** * **电容值 (C<sub>snub</sub>):** 需要足够大以吸收尖峰能量,但过大会增加导通损耗和成本。通常根据经验公式或仿真/实验确定。一个粗略的起点是:$$ C_{snub} \approx \frac{L_p I^2_{peak}}{V^2_{spike}} $$ 其中 L<sub>p</sub> 是寄生电感,I<sub>peak</sub> 是关断前电流峰值,V<sub>spike</sub> 是允许的最大尖峰电压(需小于V<sub>DSS</sub>并留有余量)。 * **电阻值 (R<sub>snub</sub>):** 关键作用是限制MOS管导通时C<sub>snub</sub>的放电电流峰值(I<sub>discharge</sub> ≈ V<sub>DC</sub> / R<sub>snub</sub>)和阻尼振荡。阻值过小,放电电流大,损耗大;阻值过大,阻尼效果差。通常选取使电路在临界阻尼附近:$$ R_{snub} \approx 2 \sqrt{\frac{L_p}{C_{snub}}} $$。实际应用中常通过观察波形调整。 * **电阻功率:** R<sub>snub</sub>会消耗能量($$ P \approx \frac{1}{2} C_{snub} V^2_{DC} f_{sw} $$),需选择足够功率额定值的电阻。V<sub>DC</sub>是母线电压,f<sub>sw</sub>是开关频率。 * **电容类型:** 需选择高频特性好、低ESR(等效串联电阻)、高耐压的陶瓷电容或薄膜电容。耐压需远大于V<sub>DC</sub>。 2. **RCD Clamp Snubber(钳位吸收电路):** * **结构:** 一个二极管(D<sub>snub</sub>)、一个电容(C<sub>snub</sub>)和一个电阻(R<sub>snub</sub>)组成。二极管阳极接开关节点(或MOS漏极),阴极接C<sub>snub</sub>正极和R<sub>snub</sub>一端;C<sub>snub</sub>负极和R<sub>snub</sub>另一端接地。 * **工作原理:** * **关断瞬间:** 电压尖峰使D<sub>snub</sub>导通,能量被转移到C<sub>snub</sub>中,将电压钳位在C<sub>snub</sub>的电压水平(V<sub>clamp</sub>)。 * **其他时间:** C<sub>snub</sub>通过R<sub>snub</sub>放电,消耗能量。MOS管导通时,D<sub>snub</sub>反偏截止。 * **设计要点:** * 设定目标钳位电压V<sub>clamp</sub>(需小于V<sub>DSS</sub>)。 * 根据尖峰能量和V<sub>clamp</sub>计算C<sub>snub</sub>:$$ C_{snub} \approx \frac{L_p I^2_{peak}}{V_{clamp}(V_{clamp} - V_{DC})} $$。 * 根据开关频率和允许的电压纹波(ΔV)计算R<sub>snub</sub>:$$ R_{snub} \approx \frac{1}{C_{snub} f_{sw} \Delta V} V_{clamp} $$。功率计算同RC Snubber。 * 二极管需选择快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(UFRD),其反向恢复时间和耐压电流需满足要求。 * **优点:** 比RC Snubber能量吸收效率更高,尤其适用于能量较大的场合(如反激变换器)。 * **缺点:** 增加了二极管成本。 3. **TVS Diode Snubber(瞬态电压抑制二极管):** * **结构:** 直接将一个TVS二极管(单向或双向,根据应用选择)并联在MOS管的D-S极。 * **工作原理:** 当V<sub>DS</sub>超过TVS管的击穿电压(V<sub>BR</sub>)时,TVS管迅速雪崩击穿,将电压钳位在V<sub>BR</sub>附近(钳位电压V<sub>C</sub>),并吸收浪涌能量。 * **设计要点:** * 选择V<sub>BR</sub> > 正常工作最大V<sub>DS</sub>,并留有余量。 * 选择V<sub>C</sub> < MOS管的V<sub>DSS</sub>。 * 确保TVS管的峰值脉冲功率(P<sub>PP</sub>)或能量吸收能力大于预期浪涌能量($$ E = \frac{1}{2} L_p I^2_{peak} $$)。 * **优点:** 反应极快,钳位精确,电路简单。 * **缺点:** 成本较高(尤其大功率),吸收能量有限,重复性大能量冲击下易老化损坏。常作为最后一级保护,或与其他Snubber(如RC)配合使用。 **应用场景(结合引用资料):** 1. **开关电源(SMPS):** 这是Snubber电路最广泛的应用领域[^1][^3]。 * **反激变换器:** RCD Clamp Snubber几乎是标配,用于吸收变压器漏感产生的尖峰。 * **正激变换器:** 常在初级开关管或次级整流管处使用RC Snubber或RCD Snubber。 * **Boost/Buck 变换器:** 在开关管和续流二极管两端常使用RC Snubber抑制振荡和EMI。 2. **马达驱动/电机控制:** [^1][^3] 驱动电机(尤其是感性负载如直流电机、无刷电机)时,MOS管开关会因电机绕组的电感产生巨大反电动势。Snubber电路(通常是RC或TVS+RC组合)对保护MOS管桥臂至关重要。 3. **照明调光/电子镇流器:** [^1] 在开关控制LED驱动或荧光灯镇流器的功率开关管中应用。 4. **电源无缝切换电路:** 如引用[^2]所述,在适配器和电池切换的隔离MOSFET电路中,虽然主要功能是隔离和防倒灌,但MOSFET在切换瞬间也可能因线路电感产生电压尖峰,根据具体设计可能需要Snubber电路进行辅助保护。 5. **任何包含感性负载和高速开关MOS管的场合:** 如继电器驱动、电磁阀驱动、功率因数校正(PFC)电路等。 **设计流程与注意事项:** 1. **识别问题:** 使用示波器(带高压差分探头)直接测量MOS管的V<sub>DS</sub>波形,观察关断时的电压尖峰幅度、振荡频率和持续时间。确定是否需要Snubber以及尖峰能量的量级。 2. **选择类型:** 根据尖峰能量大小、成本、空间、效率要求选择合适的Snubber类型(RC, RCD, TVS 或组合)。 3. **参数估算:** 使用上述公式进行初步参数计算。 4. **仿真验证:** 使用电路仿真软件(如LTspice, PSpice)搭建模型,验证Snubber效果并优化参数。 5. **实验调试:** 在原型板上焊接选定的元件,再次用示波器观察波形。**重点观察:** * 电压尖峰是否被有效抑制到安全水平(<< V<sub>DSS</sub>)? * 振荡是否被有效阻尼? * Snubber电阻温升是否可接受?(功率损耗) * MOS管温升是否有变化?(Snubber会略微增加开关损耗) 6. **优化迭代:** 根据测试结果微调R、C值或TVS型号,直至达到最佳效果(尖峰足够低、损耗可接受、成本合理)。 7. **元件选型:** * **电容:** 耐压足够(1.5-2倍以上最大工作电压),低ESR,高频特性好(陶瓷NPO/C0G,薄膜)。 * **电阻:** 功率足够(计算值+50%~100%余量),无感电阻(金属膜、厚膜)更佳。 * **二极管(RCD用):** 快恢复/超快恢复,反向耐压 > V<sub>clamp</sub>,正向电流能力足够。 * **TVS:** 精确的V<sub>BR</sub>和V<sub>C</sub>,足够的P<sub>PP</sub>或能量等级。 **总结:** Snubber电路是保障MOS管在开关应用中可靠工作的关键保护措施。设计时需要深入理解开关过程中的电压尖峰产生机理,根据具体应用场景(开关电源、电机驱动等[^1][^3])和观测到的尖峰特性,选择合适的Snubber类型(RC, RCD, TVS),并通过理论计算、仿真和实验调试相结合的方法确定最优参数。良好的Snubber设计能显著提高电路可靠性,降低EMI,保护昂贵的功率MOSFET器件。 [^1]: MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。 [^2]: 上面电路图中的MOS隔离,其实质是将适配器电压(+19V)和电池电压(+12V左右)分隔开来...实现电源无缝切换。 [^3]: 互补推挽与图腾柱关键差异总结...隔离驱动。 [^4]: 本来NMOS管的S极是接GND的,这里用D极接GND...当Vgs大于Vgs(th)时,NMOS管就会完全导通。
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