12.02 開關晶體管常見保護電路

工作於開關狀態的晶體管由於電流變化率di/dt和電壓變化率dv/dt而產生瞬態過電流和瞬態過電壓，這種現象稱為電應力。電應力的本質是瞬時功耗的集中。這種電壓和電流過沖形成的尖峰和毛刺，很容易損壞晶體管。晶體管在整個開關週期中，最危險的情況是出現在晶體管關斷時。尤其是晶體管在感性負載的情況下，當晶體管截止時，會產生非常高的尖峰電壓，損壞晶體管。

為防止開關晶體管的損壞，可以採取一下措施：

1、反向二極管保護

圖一

如圖一示，二極管的作用是當晶體管的集電極電壓突然變負時提供電流通路，使晶體管旁路。這種二極管可以防止晶體管反向導通而損壞。由於開關晶體管dv/dt非常高，用作保護的二極管必須選用快速恢復型二極管，以保證二極管能夠迅速反應得以保護晶體管。對於二極管的耐壓要求，一般其截止電壓為開關晶體管C-E間電壓的2倍。

2、RC阻尼電路

圖二

圖二中，在晶體管關斷時，RC阻尼電路能夠一直晶體管集電極和發射極間出現的浪湧電壓。

3、充放電型RCD阻尼電路

圖三

圖三適用於帶有較窄反向偏置安全工作區的器件浪湧電壓一致。當晶體管關斷時，電容C通過二極管被充電，充電電壓接近VCC。當晶體管導通時，C再經過電阻R放電。通過RCD阻尼電路吸收了一定的功率，從而減輕了開關管的負擔。充放電型RCD吸收電路損耗較大，不太適合較高頻率場合下的應用。

4、放電阻塞型RCD阻尼電路

圖四

圖四中的RCD吸收電路損耗較小，雖然對浪湧電壓抑制作用不是很明顯，但在開關導通時的集電極衝擊電流的吸收效果比較顯著。當開關管關斷時，二極管對電阻充當短路器，可提高對電壓的吸收效果。電容C的容量不能太小，否則會增大開關損耗。如果電容容量過大，在開關管導通時，電容的容量不能充分的恢復到電源，將增加損耗。這種RCD吸收網絡適用於具有較寬反向偏置安全工作區的器件。