功率器件的选型(三)——感性负载

一、主要内容

在笔记“功率器件的选型（一）——高边驱动灯泡负载”和“功率器件的选型（二）——开关损耗的计算”中，分别描述了功率器件驱动灯泡和 PWM 阻性负载的样例，本篇笔记则描述一下功率器件驱动感性负载所要考虑的问题，尤其是续流时间和能量的计算，并分析所选功率器件是否能够在续流时间内吸收掉续流能量。

二、平台

功率器件

三、分析步骤

3.1 续流时间和续流能量的计算

一般来说，感性负载在开关时均会产生感性能量。为了保护驱动器件，一般会在感性负载两端添加一个续流二极管，目的是吸收掉续流能量，从而保证驱动器件的安全。而感性负载的续流时间和续流能量可以通过下述公式计算出来：

其中，L，R 为感性负载的电感和导通电阻；I₀为负载电流，V_DEMAG为感应电动势。也就是说，针对特定的负载和钳位电压(主要用来计算感应电动势)，就可以计算出相应的续流时间 T 和续流能量 E。

3.2 功率器件的吸收能量

为了判断功率器件是否能在续流时间内吸收相应的续流能量，则需要根据功率器件的 I-L 曲线，计算相应的时间和能量。计算公式如下：

其中，I₀和 L 均为 I-L 曲线中的值，在取值时，第一步要选取和负载电感值相等的(I,L)，算出一个续流时间 t 和续流能量 e。最后，再根据下述公式：

并代入 T，算出 e’。然后比较 e’和 E 的大小，从而判断是否能吸收这些续流能量。

若感性负载产生的续流能量大于功率器件的吸收能力，则需要添加外部保护电路。

3.3 外部保护电路

一般大电流和高电感量的情况下会产生大的续流能量，结合防反接保护电路，给出功率器件的外部续流保护电路如下。

上述电路的工作原理为：正常工作时，NMOS 管为导通状态，续流二极管可以认为直接接 GND，能够起到续流的作用；电源反接时，NMOS 管为关闭状态，则电流不能经过续流二极管，从而保护了续流二极管。

关于续流二极管的选择，参数要满足：

(1) 反向的峰值电压应大于 52V，该值为功率器件内部 VCC-GND 的钳位电压；

(2) 前向峰值电流应大于负载电流，PWM 操作模式时，为平均电流；

(3) 二极管的结温应处在合适范围。

关于 NMOS 管的选择，可以参考前面的参数选择。需要注意的时，前面选择的参数中，由于没有续流二极管的情况，所以 NMOS 管的导通电流可以很小，而这里 NMOS 管的导通电流应大于负载电流。

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