[科普中国]-寄生损耗

由于高频条件下，变换器中的各元器件都存在一定的寄生参数，这些参数相互作用，将引起一系列复杂的电路工作模态变化过程，使电路的运行速度变慢，改变频率的响应，这时产生的能量损耗被称为寄生损耗。

简介能量由一种形式转换为另一种形式时，不可避免的会伴有能量的损失。衡量能量利用有效率的指标称之为能效。在提倡节能减排的现代社会，为了保证较高的生活品质，必须寻求能效提高之道。电能的应用在人类日常生活和工业生产等各个方面都不可或缺。通过减少用电时间来减少电能消耗是一种行之有效的方案；电力电子学更关注的是如何减少功率损耗，即如何提升电子设备的内部效率或改进工艺流程，来达到提高能效的最终目的。

寄生的含义是指原本没有在电路的某个地方设计电阻、电容或电感，但由于一些电路元件本身的制造工艺和结构特性而形成的寄生电阻（如电感器本身的导线就有电阻），以及布线结构之间存在的互容或互感，就好像是寄生在元件内部或者布线之间，所以叫寄生电阻、寄生电容或寄生电感。

随着频率的不断增高，电路中原来可以忽略的一些寄生参量开始作用。在高频变换器中广泛存在着一些寄生参数，由寄生参数造成的寄生损耗也越来越不容忽视。

寄生损耗使得电路很难达到理想的性能，阻碍电路的发展，因而减小寄生损失变得十分重要1。

高频变换器中主要的寄生损耗及来源分析高频变换器主要由功率电路和控制电路组成，其中功率电路主要由开关器件（肖特基二极管、绝缘栅双极晶体管 IGBT 等）、高频变压器、电感、电容、电阻、散热器和连接线组成；控制电路主要由电阻、电容、电感和 IC 构成，通常其元器件都焊接在印刷板上。高频变换器的寄生参数主要有寄生电感、寄生电容和寄生电阻，研究表明，电力电子变换器工作频率越高，这些寄生参数对电力电子变换器的 EMI 和可靠性的影响作用也越明显，由寄生参数造成的寄生损耗也越来越不容忽视1。

1、开关器件的寄生参数

目前广为采用的开关器件多为半导体器件，其寄生参数主要取决于器件本身的设计构造。二极管的寄生参数包括：等效寄生电阻，内部引线导致造成的寄生电感，在 PN结附近形成的等效寄生电容(或是衬底电容)。

典型的高频大功率开关器件 IGBT，是由MOSFET 和晶体管技术结合而成的复合型器件，结合了前者开关速度快、工作频率高、热稳定性好以及后者耐压高、耐流大等优点，在电机控制、高频开关电源，以及低速、低损耗的领域备受亲睐。其寄生参数主要为①源极、门极和漏极的极间电容；②漏极电感、门极驱动等效电感以及源极电感；③管脚引线电感；④IGBT 在漏极与源极之间的寄生PNP 晶闸管。

2、高频变压器的寄生参数

高频变压器是隔离式电力电子变换器的核心环节之一，其寄生参数主要有高频变压器漏感和寄生电容，其中，漏感包括一次侧和二次侧的绕组间漏感；寄生电容则分为匝内和层间寄生电容。

3、电感、电容、电阻的寄生参数实际上，在高频情况下，电感、电容和电阻都等效于一个电容、一个电感和一个电阻的串连，各自都存在着等效的寄生电感或寄生电容或寄生电阻。电阻和电感的寄生参数均与其自身的材料有关，电容则主要受谐振频率的影响。

4、控制电路的PCB 板电力电子变换器印刷板上的印制导线之间相互耦合而形成了电感和电容等寄生参数，实际应用中，可重点考虑电路中具有高电流变化率（di/dt）的回路和高电压变化率（dv/dt）节点之间的连接线。

5、开关管与散热器间的寄生电容在开关管功率较大时，开关管一般都需要加上散热器，散热器与开关管之间存在寄生电容。

6、导线的寄生参数

随着频率的升高，导线将逐渐由电阻特性变换为电感特性。一般工作在音频范围以上的导线均表现出电感特性，导线可等效为一个可以辐射 RF 能量的天线。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所