關於被動元件的dv/dt??

Question

昨天被問到何謂dv/dt，蠻專業的問題~!!
就dv/dt方面我只知道為電壓上升率，dv/dt過大會損壞零件
但對方說想知道更詳細的。
想請問有大大可否給我更清楚的解說~拜託!!ORZ

Answer 1

dv/dt在力學裡是「速度對時間的微分」﹐或單位時間裡速度的變化﹐其結果就是「加速度」。
dv/dt在電學裡是「電壓對時間的微分」﹐或單位時間裡電壓的變化﹐其結果就是電壓上昇的斜率(若斜率為負代表電壓下降)﹐dv/dt的單獨意義僅只於此﹐只是一個物理現象的數學表示法。其衍生的意義要在個別的實例中分別討論﹕
1 整流二極體﹕在開關式電源回路中﹐DC電流是由接在變壓器次級端的「高速整流二極體」將高頻的交流方波整流而來的﹐當變壓器次級端輸出的方波從正週期轉為負週期時﹐二極體會關閉以防止已經整流過的電流回流到變壓器﹐但二極體在真正完全關閉之前多少會有一些電流反向穿越PN接合面回流到變壓器﹐由於這種逆向回流的過渡現象使得二極體兩端的逆向偏壓不是在瞬間達成而是呈現「斜坡」式的上昇﹐此上昇的斜率就是dv/dt﹐而此過渡時間就是trr﹐dv/dt越小代表二極體關閉得越緩慢(trr越長)﹐逆向回流的電流越多﹐因此整流效率越差﹐相反的﹐若dv/dt越大代表二極體關閉得越快(trr越短)﹐逆向回流的電流越少﹐因此效率越高。二極體dv/dt的大小或trr的短長取決於材質與製程﹐蕭基二極體就比PN二極體有更大的dv/dt(更短的trr)﹐而不同的製程可以影響同樣是蕭基或PN二極體的dv/dt大小。
2 電晶體﹕在開關式電源回路中﹐位於變壓器初級端﹑主控變壓器電流輸入的開關晶體或FET的效率同樣涉及dv/dt﹐在關閉(OFF)與導通(ON)的瞬間﹐出現在開關兩端(晶體的極極與射極間或FET的源極與泄極間)的電壓上昇或下降過渡時期(tr﹐tf)是一種純粹的功率消耗﹐也就是浪費﹐因此﹐dv/dt越大或tr/tf越短越有效率。
3. dv/dt在振幅相同的條件下(例如﹐都是1Vp-p)﹐以正弦波而言﹐dv/dt越大代表頻率越高﹐對方波或數位信號而言dv/dt越大代表含有越高次的諧波(傅立葉分析法)。
4. 由3可知﹐諧波的次數(order)越高﹐代表電磁幅射的干擾越強﹐這也是追求速度與效率的代價﹐也就是要花更多的成本去消除伴隨高速與高效而產生的額外電磁幅射干擾。
5. dv/dt的大小與零件易否損壞之間沒有關係﹐零件損壞是因「電壓的量」超過零件的承受限度而非「電壓變化的速度」太快。換句話說﹐是「過量的電壓」而不是「過快的電壓」損壞零件。
6. dv/dt對於被動元件那就更沒有影響了。