二极管的选择..doc

1、11 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 7-May-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:IVIFVFVR IRVRM IRM不不不不不不不不1.1用 好 功 率 二 极 管众 所 周 知 ， 二 极 管 是 电 子 电 路 不 可 或 缺 的 重 要 器 件 ， 功 率 二 极 管 更 是 功 率 电 路 能 否 高 效 、 高性 能 、 高 可 靠 工 作 的 重 要 决 定 因 素 。 有 人 对 开 关 电 源 各 器 件 的 损 耗 作 过 分 析 统 计 ， 发 现 功

2、率 二 极 管的 功 耗 在 总 损 耗 中 占 的 比 例 相 当 大 。 在 一 个 1KW 的 高 频 （ 200KHZ） 低 压 （ 5V） 输 出 的 开 关 电源 中 ， 效 率 70 ， 而 功 率 二 极 管 的 损 耗 却 有 160W， 也 就 是 说 ， 二 极 管 的 损 耗 达 到 了 总 损 耗 的50 以 上 ， 因 此 ， 降 低 二 极 管 的 损 耗 往 往 能 显 著 提 高 电 源 效 率 。 开 关 电 源 等 功 率 变 换 电 路 的 性 能指 标 也 常 常 与 所 用 的 功 率 二 极 管 十 分 有 关 ， 不 合 适 的 二 极 管 参

3、数 不 仅 会 降 低 电 源 指 标 ， 有 时 还 会 严重 影 响 电 源 可 靠 性 。 因 此 ， 在 功 率 电 子 产 品 的 设 计 中 ， 选 好 、 用 好 二 极 管 是 十 分 重 要 的 。要 使 用 好 二 极 管 ， 首 先 得 对 二 极 管 有 一 定 了 解 。 还 得 弄 清 二 极 管 在 电 路 各 种 位 置 中 的 作 用 、工 作 状 态 、 电 压 、 电 流 的 应 力 情 况 。 这 样 才 能 有 的 放 矢 地 选 择 ， 合 理 地 使 用 。 本 文 想 先 简 单 介 绍 二极 管 的 基 本 特 性 及 主 要 参 数 ， 再

4、从 典 型 功 率 电 路 中 二 极 管 的 各 种 使 用 场 合 ， 分 析 它 们 的 工 作 状 态 ，提 出 选 用 的 依 据 、 原 则 。 希 望 能 对 功 率 电 路 设 计 师 们 在 选 用 功 率 二 极 管 有 所 帮 助 。第 一 章 . 二 极 管 的 基 本 特 性 及 主 要 参 数一 .静 态 特 性二 极 管 的 静 态 伏 安 特 性 曲 线 如图 1.1 所 示 ， 可 以 分 成 以 下 三 部分 ：1. 正 向 特 性二 极 管 两 端 加 上 正 向 电 压 时 ,就 产 生 正 向 电 流 。 但 是 当 这 个 电压 比 较 小 时 ，

5、由 于 外 部 电 场 不足 以 克 服 内 部 电 场 对 载 流 子 扩散 运 动 所 造 成 的 阻 力 ， 因 此 ， 这时 的 正 向 电 流 仍 然 很 小 ， 二 极管 呈 现 的 电 阻 较 大 。 随 着 两 端电 压 的 升 高 ， 内 部 电 场 被 大 大 削弱 ， 二 极 管 的 电 阻 变 得 很 小 ，电 流 很 快 增 长 。这 里 ， 有 两 个 二 极 管 的 重 要 静 态参 数 ， 正 向 压 降 VF， 正 向 直 流电 流 IF。 二 极 管 規 格 书 中 的 相 关 指 标 为 最 大 正 向 电 压 VFM， 正 向 平 均 整 流 电 流 I

6、AV。22 反 向 特 性外 加 反 向 电 压 时 ， 由 于 在 P 型 半 导 体 还 存 在 着 少 数 自 由 电 子 ， 在 N 型 半 导 体 中 也 还 存 在着 少 数 空 穴 ， 这 些 少 数 载 流 子 在 反 向 电 压 作 用 下 很 容 易 通 过 PN 结 ， 形 成 反 向 电 流 。 在 外 加 反向 电 压 一 定 范 围 内 ， 反 向 电 流 基 本 不 随 反 向 电 压 变 化 ， 图 中 IR 表 示 的 就 是 反 向 电 流 ， VR表 示 所 加 的 反 向 电 压 ， 二 极 管 规 格 书 中 的 IRM 表 示 的 就 是 最 大 反

7、 向 漏 电 流 。 IRM 也 是 二 极 管的 重 要 静 态 参 数 ， 需 要 注 意 的 是 ， 它 对 温 度 较 敏 感 ， 尤 其 是 肖 特 基 二 极 管 ， 所 以 ， 规 格 书 中 列 出 了两 种 温 度 下 的 IRM。3 反 向 击 穿当 反 向 电 压 增 加 到 一 定 的 值 以 后 ， 反 向 电 流 急 剧 增 大 ， 出 现 反 向 击 穿 现 象 。 这 是 由 于 外 加 的 电压 强 制 地 把 外 层 电 子 拉 出 ,使 载 流 子 数 目 急 剧 上 升 。 此 时 的 电 压 称 为 反 向 击 穿 电 压 。 规 格 数 中 列出 的

8、 相 关 指 标 为 VRRM 称 为 反 向 重 复 峰 值 电 压 ， 稍 小 于 击 穿 电 压 。二 .开 关 特 性在 开 关 电 源 等 功 率 变 换 电 路 中 ,除 了 工 频 整 流 器 外 ， 功 率 二 极 管 大 都 工 作 在 高 频 开 关 状 态 ，因 此 ， 二 极 管 的 动 态 开 关 特 性 就 十 分 重 要 。 其 中 主 要 是 正 向 开 通 特 性 和 反 向 恢 复 特 性 。 二 极 管 开关 过 程 中 的 电 压 电 流 波 形 如 图 1.2 所 示 。1. 开 通 特 性二 极 管 开 通 时 间特 性 如 图 1.2 a所 示 ,

9、开 通 初 期 出现 较 高 正 向 峰 值 电压 UFP， 随 后 电 压下 降 ,电 压 达 到 稳态 正 向 压 降 的 1.1倍 (也 有 人 将 此 值 定为 2V)的 时 间 ,称为 二 极 管 正 向 开 通时 间 TFR。 选 用 工作 在 开 关 状 态 的 二极 管 时 ， 必 须 注 意UFP 和 TFR 这 二 个参 数 ， 因 它 们 决 定二 极 管 开 通 损 耗 大 小 ， 对 二 极 管 工 作 时 的 温 升 影 响 很 大 。 在 某 些 电 路 中 ， 如 果 二 极 管 UFP太 大 ， 电 路 甚 至 不 能 正 常 工 作 。2 关 断 特 性二

10、极 管 正 在 通 过 大 的 正 向 电 流 而 突 加 反 向 电 压 时 ， 反 向 阻 断 能 力 的 恢 复 过 程 如 图 1.2b所 示 。在 T0 瞬 时 ， 二 极 管 上 施 加 反 向 电 压 ， 正 向 电 流 IF 以 dif/dt 速 率 减 小 ,dif/dt 的 大 小由 反 向 电 压 UR 和 分 布 电 感 所 决 定 。在 T1 瞬 时 ， 二 极 管 电 流 过 零 ， 由 于 PN 结 的 存 储 效 应 ， 存 储 电 荷 消 失 前 ， 二 极 管 未 恢 复 阻 断能 力 ， 电 流 继 续 以 相 同 速 率 反 向 增 大 ， 此 时 ，

11、正 向 压 降 稍 有 下 降 。在 T2 时 刻 ， 电 流 达 最 大 反 向 电 流 IRM， 二 极 管 开 始 恢 复 阻 断 能 力 ， 承 受 反 向 电 压 。T2 以 后 ， 二 极 管 承 受 反 向 电 压 的 能 力 迅 速 提 高 ， 反 向 电 流 迅 速 下 降 ， 下 降 速 率 为1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 13-May-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:UFPUFdi/dtIF0 TFR1.1UFIFUFT0 T1 T2 T3dif/

12、dtIRMURMURTR=T3-T1Q1Q2a. 不不不不不不 b. 不不不不不不不1.2 不不不不不不不不不不不不不不TT3dir/dt， 它 通 过 引 线 电 感 会 感 生 较 高 电 压 ， 再 加 上 反 向 电 压 UR 后 形 成 最 大 反 向 电 压 URM。在 T3 时 刻 ,反 向 电 流 减 小 到 0.1IRM(有 人 将 此 值 定 为 0.25IRM)。T1 到 T3 的 时 间 TRR 称 为 二 极 管 反 向 恢 复 时 间 。在 高 频 电 路 中 ， 工 作 于 开 关 状 态 的 二 极 管 ， 它 的 反 向 恢 复 特 性 对 电 路 性 能 的

13、 影 响 是 很 大 的 。 首先 ， 在 频 率 较 高 的 电 路 中 ， 二 极 管 的 TRR 必 需 足 够 小 ， 否 则 ， 即 使 电 路 能 工 作 ， 二 极 管 的 损 耗也 将 十 分 巨 大 ， 电 路 效 率 会 很 低 。 但 ， 如 果 仅 追 求 TRR 小 ， 对 于 工 作 在 功 率 开 关 状 态 的 二 极管 来 说 ， 还 是 很 不 够 的 。 我 们 必 需 特 别 关 注 二 极 管 反 向 恢 复 过 程 中 的 IRM 和 dir/dt。由 图 1.2b 可 知 ,TRR 是 由 T1-T2 和 T2-T3 两 部 分 组 成 ,在 T1

14、-T2 期 间 ,承 受 反 向 电 压 的 二极 管 ,由 于 存 储 电 荷 的 作 用 ,电 流 由 零 反 向 增 大 到 IRM， IRM 的 大 小 主 要 由 存 储 电 荷 数 量 和 正 向电 流 的 下 降 速 度 即 dif/dt 决 定 ， 在 一 定 的 dif/dt 下 ， IRM 越 大 ， T1-T2 的 时 间 就 会 越 长 ，也 就 是 TRR 会 增 大 。 而 且 ， IRM 大 也 会 使 二 极 管 高 频 工 作 电 路 中 的 电 流 波 型 上 迭 加 的 尖 峰 增 大 。在 T2-T3 期 间 ， IRM 在 反 向 电 压 作 用 下

15、， 以 dir/dt 速 率 迅 速 减 小 。 这 里 ， 我 们 不 希 望dir/dt 大 即 T2-T3 的 时 间 短 ， 也 就 是 说 ， 虽 然 从 工 作 频 率 和 损 耗 的 角 度 要 求 ， TRR 要 小 ，而 作 为 TRR 组 成 部 分 的 T2-T3 的 时 间 ， 我 们 却 希 望 它 能 长 些 ， 即 dir/dt 要 小 。 平 时 所 说 反向 恢 复 特 性 要 软 ， 就 是 这 个 意 思 。 dir/dt 过 大 ， 也 就 是 反 向 特 性 太 硬 的 话 ， 由 于 电 路 中 不 可 避免 地 存 在 的 分 布 电 感 、 电

16、容 的 影 响 ， 会 出 现 强 烈 振 荡 ， 产 生 噪 音 和 严 重 的 寄 生 干 扰 ， 使 电 路 不 能 稳定 工 作 ， 且 dir/dt 过 大 ， 会 使 Ldir/dt 与 UR 迭 加 形 成 的 URM 过 高 ， 在 电 路 中 产 生 电 压 尖 峰 ，严 重 时 甚 至 会 使 二 极 管 损 坏 。衡 量 反 向 恢 复 特 性 的 硬 软 ， 可 有 多 种 方 法 ， 国 外 有 些 公 司 用 一 种 称 为 软 度 系 数 的 参 数 来 表 示二 极 管 反 向 恢 复 特 性 软 硬 程 度 ,若 S 为 软 度 系 数 ,它 定 义 为 :S

17、=(T3-T2)/(T2-T1) (2-1)由 上 式 可 知 ， S 实 际 上 是 二 极 管 反 向 恢 复 过 程 中 ， 两 个 时 间 段 -反 向 电 流 IR 从 零 到 IRM的 时 间 和 从 IRM 到 0.1(或 0.25)IRM 的 时 间 之 比 。 S 值 大 ， 则 认 为 恢 复 特 性 较 软 ； S 值 小 ，则 认 为 恢 复 特 性 较 硬 。根 据 式 （ 2-1） ， 加 大 （ T3-T2） 或 减 小 （ T2-T1） ， 应 该 都 能 增 大 S。 然 而 ， 测 试 二 极 管反 向 恢 复 特 性 时 ,通 常 以 一 固 定 的 di

18、f/dt(正 向 电 流 衰 减 速 率 )作 为 测 试 条 件 。 这 样 ， S 值 就由 dir/dt 决 定 ， 确 实 反 映 出 了 恢 复 特 性 的 硬 软 。高 频 电 路 中 工 作 的 二 极 管 ， 我 们 要 求 它 的 反 向 恢 复 时 间 TRR 要 小 ， 越 小 越 好 ， 这 是 有 前提 的 ， 就 是 它 的 恢 复 特 性 要 有 一 定 的 软 度 。 因 此 ， TRR 小 的 管 子 ， 它 的 IRM 一 定 要 小 。 如 果TRR 小 了 ， 而 IRM 没 小 ， 恢 复 特 性 就 变 硬 ， 这 将 会 对 电 路 产 生 不 良

19、 影 响 。 IRM 是 由 二 极 管 工作 时 内 部 的 存 储 电 荷 量 决 定 的 。 IRM 小 才 能 使 二 极 管 的 开 关 性 能 优 良 。有 时 ,也 可 以 用 URM/UR 来 表 示 恢 复 特 性 的 硬 软 ,URM 是 反 向 恢 复 过 程 中 的 最 大 反 向 电 压 ， 大小 由 dir/dt 和 分 布 电 感 决 定 ， UR 为 二 极 管 上 所 加 的 反 向 电 压 。 URM/UR 大 ， 恢 复 特 性 较 硬 ，显 然 对 电 路 将 产 生 较 大 的 不 良 影 响 。 URM/UR 小 ， 恢 复 特 性 软 ， 二 极

20、管 的 开 关 过 程 对 工 作 电 路 的不 良 影 响 将 会 很 小 。三 二 极 管 的 损 耗二 极 管 在 电 路 中 的 损 耗 P 由 四 部 分 组 成 。P=Pfr+Pf+Prr+Pr其 中 Pfr 是 二 极 管 开 通 过 程 中 的 损 耗 ， Pf 是 二 极 管 导 通 时 的 损 耗 ， Prr 是 二 极 管 反 向 恢 复过 程 中 的 损 耗 ， Pr 是 二 极 管 承 受 反 向 电 压 时 的 损 耗 。Pf 和 Pr 为 静 态 损 耗 ， 工 作 电 流 确 定 后 ， Pf 由 VF 决 定 ， 反 向 电 压 确 定 后 ， Pr 由 IR

21、 决 定 ，41 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 8-May-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:CCCCLLa bcAC INPUT AC INPUTAC INPUT不2.1D DDRL RLRLID IIDD1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 1-Aug-2006 Sheet of File: E:不不不不不不不.ddb Drawn By:Pfr Pf PrrPr不1.3 不不不不不不与 电 路 的

22、 工 作 方 式 关 系 不 大 。 因 而 ， 很 容 易 估 算 。Pfr 和 Prr 为 开 关 损耗 ， 在 一 定 的 工 作 频 率下 ， Pfr 由 Ufp 和 TFR 决 定 ， Prr 由 IRM 和 TRR 决 定 ， 由 于 是 开 关 损 耗 ， 它 们 与 电 路 的 工 作频 率 有 直 接 关 系 。 在 高 频 电 路 中 ， 二 极 管 的 开 关 损 耗 会 远 大 于 静 态 损 耗 。第 二 章 整 流 电 路 中 的 二 极 管整 流 是 功 率 转 换 最 基 本 的 电 路 之 一 ， 功 能 是 将 交 变 的 电 压 、 电 流 转 换 成 单

23、 一 方 向 的 电 压 、 电 流 。二 极 管 由 于 它 的 单 向 导 电 性 显 然 是 实 现 整 流 功 能 最 理 想 、 最 有 效 的 器 件 。 整 流 大 至 可 分 为 工 频(800HZ 以 下 )正 弦 波 整 流 和 高 频 脉 冲 整 流 。一 . 工 频 整 流由 于 电 路 简 单 ， 工 作 频 率 低 ， 又 主 要 是 对 正 弦 波 进 行 整 流 。 二 极 管 一 般 只 需 采 用 廉 价 的 整 流二 极 管 。 选 型 时 只 需 注 意 管 子 的 正 向 电 流 和 反 向 电 压 。 然 而 ,在 确 定 所 选 二 极 管 的 正

24、 向 电 流 和反 向 电 压 时 ,必 需 注 意 外 电 路 状 况 。 因 为 为 了 使 整 流 后 的 脉 动 直 流 趋 于 平 滑 ， 二 极 管 后 往 往 接 有 电感 或 电 容 进 行 滤 波 ， 如 图 2.1 所 示 。在 图 2.1a 中 ， 由 于 整 流 二 极 管 D 后 接 有 大 容 量 电 解 电 容 ， 在 交 流 输 入 正 半 周 的 180中 ， 二 极 管 不 再 全 导 通 ， 而 是 要 在 输 入 电 压 高 于 电 容 C 上 电 压 UC 时 才 导 通 ， 如 图 2.2 所 示 。也 就 是 说 ， 二 极 管 的 导 通 角 变

25、 小 了 。 电 容 C 的 容 量 越 大 ， UC 的 下 降 越 慢 ， 二 极 管 的 导 通 角 越5小 ， 如 果 输 出 电 流 不 变 ， 二 极 管 的 导 通 角 越 小 ， 二 极 管 的 峰 值 电 流 就 越 大 ， 因 此 ， 当 二 极 管 接 有 容性 负 载 时 ， 即 使 负 载 电 流 （ 二 极 管 的 平 均 电 流 ） 相 同 ， 二 极 管 的 峰 值 电 流 将 会 增 大 ， 从 而 使管 子 的 温 升 增 加 。 所 以 ， 在 选 择 整 流 二 极 管 时 ， 一 定 要 注 意 峰 值 电 流 ， 也 就 是 说 ， 在 选 择 二

26、极管 的 正 向 电 流 时 ， 不 能 仅 考 虑 工 作 电 流 （ 负 载 电 流 ） ， 而 必 需 根 据 所 接 电 容 的 容 量 大 小 ， 增加 富 余 量 ， 至 于 增 加 多 少 ， 没 有 必要 进 行 精 确 定 量 的 计 算 ， 工 程 上 ，一 般 情 况 下 ， 我 们 按 大 于 工 作 电 流的 1.6 倍 来 选 择 二 极 管 的 正 向 电 流IF。 至 于 二 极 管 承 受 的 反 向 电 压 ，由 于 电 容 电 压 的 叠 加 ， 显 然 是 两 倍的 输 入 电 压 ， 因 此 ， 所 选 二 极 管 的反 向 电 压 VRRM 必 须

27、大 于 两 倍 的 输入 电 压 峰 值 。在 图 2.1b 中 ， 整 流 二 极 管 D 后接 有 电 感 L， 由 于 电 感 中 电 流 不 能 突变 ， 二 极 管 的 工 作 状 态 将 有 下 述 两个 变 化 。 一 是 二 极 管 的 导 通 角 将 变大 ， 负 载 呈 感 性 时 ， 导 通 角 将 大 于180 度 。 因 而 二 极 管 工 作 时 的 峰 值电 流 将 减 小 。 二 是 由 于 电 感 中 电 流不 能 突 变 ， 当 输 入 电 压 换 向 ， 二 极管 导 通 转 为 关 断 时 ， 电 感 L 上 将 会 产 生 一 定 电 压 UL， 如

28、图 2.3 所 示 。 此 时 ， 二 极 管 承 受 的反 向 电 压 将 是 输 入 反 向 电 压 峰 值 、 电 容 上 电 压 UC（ 即 输 出 电 压 ） 、 电 感 上 电 压 UL 三 者 之 和 。而 不 象 图 2.1a 电 路 那 样 ， 二 极 管 反 向 仅 需 承 受 输 入 电 压 峰 值 与 电 容 上 电 压 UC 之 和 。 特 别需 要 指 出 的 是 ， 如 果 L 的 电 感 量 较 大 ， L 的 能 量 又 没 有 泄 放 回 路 （ 如 图 2.1b） ， UL 会 很 高 ，二 极 管 D 很 容 易 被 击 穿 。 因 此 ， 若 采 用

29、图 1b 这 样 的 整 流 电 路 ， 必 需 给 电 感 L 加 接 泄 放 回 路 ，如 图 2.3 中 电 阻 R， 或 采 用 图 2.1c 这 样 的 电 路 。 由 上 述 分 析 可 知 ， 在 感 性 负 载 的 整 流 电 路中 ， 二 极 管 将 承 受 较 高 的 反 向 电 压 。 选 用 时 ， 二 极 管 的 VRRM 至 少 必 需 大 于 三 倍 的 输 入 电 压峰 值 （ 是 指 电 感 能 量 有 良 好 洩 放 回 路 的 情 况 下 ） 。 而 不 是 象 容 性 负 载 那 样 ， 只 需 大 于 二 倍 的输 入 电 压 峰 值 。二 .高 频

30、整 流在 开 关 电 源 、 AC-DC 变 换 器 等 功 率 变 换 电 路 中 ，必 须 要 将 高 频 脉 冲 功 率 转 换 成 直 流 功 率 。 这 就 不 可避 免 地 需 要 有 能 工 作 于 高 频 （ 几 十 KHZ 至 几 百 KHZ甚 至 几 MHZ） 开 关 状 态 的 功 率 二 极 管 将 高 频 电 压 电 流 变 换 成 单 向 电 压 电 流 。工 作 于 高 频 状 态 的 二 极 管 ， 除 了 要 有 正 向 压 降 小 ， 反 向 漏 电 流 小 等 特 点 外 ， 还 必 须 具 有 反 向恢 复 时 间 短 等 优 良 的 开 关 特 性 。

31、 一 般 在 设 计 高 频 整 流 电 路 ， 选 择 功 率 二 极 管 时 应 考 虑 以 下 几 点 ：1 正 向 压 降 VF 小 ， 以 减 少 损 耗 ， 提 高 效 率 。2 反 向 恢 复 时 间 TRR 短 ， 反 向 恢 复 电 流 峰 值 IRM 要 小 ， 这 样 ， 关 断 损 耗 小 且 具 软 恢 复 特性 。3 正 向 峰 值 电 压 UFP、 开 通 时 间 TFR 要 小 。 开 通 损 耗 就 小 。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 8-May-206 Shet of Fil

32、e: E:不不不不.db Drawn By:DCR RLLULUCAC INPUT+ +_不2.31 2 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 8-May-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:不不不不不不不不(不不不不0不不不D不不不不2.261 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Dec-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:TQD C RLIPN SNP IDVi+-TTON

33、OF不2.4UD Vo1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Dec-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:UNPVi-ViIIPDDU不2.54 足 够 的 反 向 电 压 VRRM 下 ， 反 向 漏 电 流 IR 要 小 ， 尤 其 是 高 电 压 和 高 结 温 应 用 的 场 合 。然 而 ， 功 率 二 极 管 在 不 同 的 使 用 场 合 ， 不 同 的 工 作 状 态 ， 对 它 的 性 能 指 标 要 求 会 有 不 同 的 侧重 点 。 所 以 ， 我 们

34、在 选 用 时 应 对 二 极 管 在 电 路 中 的 工 作 波 形 、 应 力 情 况 了 解 清 楚 ， 有 的 放 矢 地 选 择各 项 指 标 ， 才 能 使 二 极 管 工 作 可 靠 ， 电 路 高 效 、 经 济 。在 开 关 电 源 等 AC/DC 变 换 器 中 ， 进 行 高 频 整 流 的 功 率 二 极 管 工 作 时 的 电 压 、 电 流 波 形 ， 与 主回 路 的 拓 扑 结 构 有 很 大 关 系 ， 不 同 的 主 回 路 ， 二 极 管 所 受 的 电 压 、 电 流 应 力 往 往 不 同 ， 有 时 甚 至 差别 很 大 ， 因 此 ， 为 帮 助

35、大 家 正 确 、 可 靠 、 合 理 地 选 用 功 率 开 关 二 极 管 ， 下 面 对 采 用 中 小 开 关 电 源 中常 用 的 几 种 主 回 路 时 ， 高 频 功 率 整 流 二 极 管 的 工 作 状 况 电 流 、 电 压 作 一 分 析 介 绍 ， 提 供 一 些 选 用 的原 则 。1 单 端 反 激 电 路 :由 于 电 路 简 单 、 体 积 小 、 成 本 低 ， 是 目前 小 功 率 电 源 中 使 用 最 普 遍 的 电 路 ,因 它 是利 用 电 感 储 能 来 转 换 功 率 ,不 适 合 较 大 功 率输 出 ,一 般 都 在 150W 以 下 ,即

36、使 采 用 双 管 技术 ,200W 以 上 的 功 率 也 极 少 采 用 。主 电 路 如 图 2.4 所 示 ,当 Q 的 栅 极 处 在 驱动 脉 冲 高 电 平 (即 TON 期 间 )时 ,Q 导 通 ,输 入电 压 Vi 即 加 到 变 压 器 T 的 初 级 绕 组 NP 上 ,极 性 为 上 正 下 负 ,根 据 变 压 器 的 同 名 端 接 法 ,变 压器 次 级 绕 组 NS 上 的 感 应 电 压 的 极 性 应 为 上 负 下 正 .因 此 ,高 频 整 流 二 极 管 D 处 于 反 偏 状 态 ,此 时 (TON 期 间 )变 压 器 初 极 绕 组 NP 电

37、感 储 能 .当 Q 的 栅 极 处 于 驱 动 脉 冲 低 电 平 (TOff 期 间 )时 ,Q 关 断 , NP 上 的 电 压 极 性 反 向 ,NS 上 的 极 性 变 为 上 正 下 负 ,二 极 管 D 导 通 ,释 放 NP 中 储 存 的 能量 ,向 负 载 供 电 ,同 时 向 电 容 C 充 电 。 直 到 下 一 个 驱 动 脉 冲 到 来 ,二 极 管 关 断 ， 变 压 器 再 开 始 储能 。 二 极 管 关 断 时 ,电 容 C 向 负 载 放 电 。 控 制 回 路 通 过 调 节 驱 动 脉 冲 的 占 空 比 (即TON/TON+TOFF)来 使 输 出

38、电 压 稳 定 。根 据 上 述 工 作 过 程 的 简 单 介 绍 ,我 们 可 画 出 单 端 反 激 变 换 器 电 路 中 ,变 压 器 初 级 绕 组 NP中 的 电 压 、 电 流 波 形 ,及 高 频 整 流 二 极 管 上的 电 压 、 电 流 波 形 如 图 2.5 所 示 。71 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Dec-206 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:UNPVi-ViIIPDUNPVi-ViIIPDa. b.不2.6不不不不不不不 不不不不不不首 先

39、 我 们 注 意 二 极 管 导 通 时 的 电 流 情 况 ,当 Q 关 断 时 ,二 极 管 开 始 导 通 ,导 通 时 间 的 长 短 ,决定 于 二 个 因 素 ,一 是 Q 的 关 断 时 间 (即 驱 动 脉 冲 的 TOFF 时 间 ),二 是 变 压 器 NP 中 储 存 能 量 的 大小 .二 极 管 中 的 电 流 ,一 开 通 时 最 大 ,随 着 储 存 能 量 的 减 小 逐 渐 减 小 ,一 直 到 电 感 中 的 储 能 释 放完 或 Q 重 新 导 通 (既 驱 动 脉 冲 又 到 TON 时 )二 极 管 变 为 反 偏 时 ,二 极 管 关 断 。 二 极

40、 管 整 个 周 期 中的 平 均 电 流 显 然 就 是 电 源 的 输 出 电 流 (即 RL 上 的 电 流 ),而 导 通 时 的 峰 值 电 流 ,却 与 导 通 时 间有 关 ,二 极 管 导 通 时 间 (即 驱 动 脉 冲 的 TOff 时 间 )越 短 ,显 然 峰 值 电 流 就 越 大 。我 们 再 看 二 极 管 关 断 时 承 受 的 电 压 情 况 ,Q 导 通 时 NS 上 的 电 压 使 二 极 管 反 偏 ,此 时 二 极 管承 受 的 反 向 电 压 是 NS 上 的 电 压 幅 值 与 电 容 C 上 的 电 压 (即 电 源 输 出 电 压 )之 和 ,

41、对 低 压 输 出 的电 源 来 说 ,NS 上 的 电 压 往 往 远 大 于 电 容 C 上 的 电 压 ,所 以 要 特 别 注 意 NS 上 的 电 压 幅 值 大 小 ,NS 上 的 电 压 若 不 考 虑 变 压 器 漏 感 等 的 影 响 应 该 是 输 入 电 压 Ui 与 变 压 器 匝 数 比 NS/NP 的 乘 积 。反 激 变 换 器 有 两 种 不 同 的 工 作 模 式 。 由 前 所 述 ， 二 极 管 D 在 Q 关 断 时 （ 即 驱 动 脉 冲 的TOff 期 间 )导 通 ， 释 放 变 压 器 中 的 储 能 ， Q 导 通 时 （ 驱 动 脉 冲 的

42、TON 期 间 ） ， 二 极 管 即 关 断 ， 这样 就 有 两 种 可 能 存 在 ， 一 是 二 极 管 在 关 断 前 已 将 电 感 的 储 能 释 放 完 ， 二 极 管 的 电 流 已 为 零 ， 二 是 二极 管 在 关 断 时 ， 变 压 器 的 储 能 并 未 释 放 完 ， 电 流 不 为 零 。 前 一 种 状 况 称 为 反 激 变 换 器 的 不 连 续 工 作模 式 ， 后 一 种 称 为 连 续 工 作 模 式 ， 不 同 工 作 模 式 下 二 极 管 的 电 流 波 形 如 图 2.6 所 示 。二 种 工 作 模 式 的 电 路 拓 朴 完 全 相 同

43、,决 定 电 路 工 作 模 式 的 参 数 主 要 是 变 压 器 的 励 磁 电 感 和 电路 的 输 出 电 流 。 两 种 模 式 各 有 优 缺 点 ,产 品 设 计 师 根 据 不 同 场 合 、 不 同 需 要 ,选 择 不 同 的 工 作模 式 。 需 要 注 意 的 是 ,两 种 模 式 下 二 极 管 D 的 工 作 状 态 有 很 大 不 同 。首 先 ,如 果 二 极 管 的 导 通 时 间 (即 驱 动 脉 冲 的 TOff)相 同 。 同 样 的 输 出 电 流 下 ,不 连 续 工 作模 式 的 二 极 管 中的 峰 值 电 流 要 比连 续 工 作 模 式 的二

44、 极 管 中 的 峰 值电 流 大 2-3 倍 。其 次 ,应 该注 意 到 ,二 极 管关 断 时 ,不 连 续工 作 模 式 状 态 二极 管 中 的 电 流 已为 零 ,而 连 续工 作 模 式 二 极管 中 还 有 电 流 ,因而 它 们 的 关 断 损耗 将 会 差 别 很 大 !依 据 上 述 的 分 析 介 绍 ,对 于 反 激 变 换 器 中 的 高 频 整 流 二 极 管 我 们 提 出 一 些 选 用 的 方 法 和 原 则a.静 态 参 数 的 选 择 :我 们 看 到 二 极 管 在 工 作 周 期 中 ,导 通 时 间 短 ,正 向 峰 值 电 流 较 大 ,为 使

45、温 升 不 至 于 过 高 ,应 尽 量 选 用 正 向 压 降 VF 较 小 的 管 子 ,而 对 于 正 向 平 均 工 作 电 流 IAV 的 选 择 应 至 少 大 于 3 倍 的负 载 电 流 。二 极 管 工 作 时 承 受 的 反 向 电 压 ,前 面 已 分 析 过 ,它 应 是 输 出 电 压 V0 与 变 压 器 次 极 绕 组 NS上 的 电 压 幅 值 之 和 。 NS 上 的 电 压 幅 值 是 变 压 器 的 匝 数 比 NS/NP 与 输 入 电 压 VI 的 乘 积 ,另 外 ,因 变 压 器 不 可 避 免 的 漏 感 ,及 电 路 中 一 些 分 布 参 数

46、 的 影 响 , NS 上 将 会 产 生 一 些 电 压 尖 峰 ,所81 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 31-Jan-207 Shet of File: E:不不不不.db Drawn By:TTDD1D2QLC RLVi+-不不不不VD1 VD2 V0NPNP NS RLQ1Q2LD1D2 CVi+-NPNP NSNSVD1VD2VO不不不不1不不不不2a. 不不不不不不 b. 不不不不不2.7以 ,在 选 择 二 极 管 反 向 电 压 VRRM 时 ,必 须 要 至 少 大 于 1.2(V0 ViMAXN

47、S/NP)。 b.开 关 参 数 的 选 择 :根 据 二 极 管 的 电 流 工 作 波 形 ,电 流 峰 值 出 现 在 开 通 初 期 ,在 这 种 状 态 下 ,二 极 管 的 开 通 特 性对 工 作 性 能 及 可 靠 性 产 生 很 大 影 响 ,开 通 电 压 VFP 要 低 。 否 则 损 耗 大 ,管 子 温 升 会 很 高 ,极 易损 坏 !从 损 耗 角 度 来 说 ,开 通 时 间 TFR 要 尽 量 小 ,但 从 外 电 路 性 能 指 标 及 工 作 稳 定 性 角 度 来 看 ,又并 不 希 望 开 通 时 的 电 流 上 升 率 di/dt 太 大 ,也 就

48、是 开 通 特 性 不 能 太 硬 。 对 于 二 极 管 的 开 通 特 性 ,定 量 的 数 据 指 标 较 少 ,选 择 会 有 难 度 ,因 此 ,在 使 用 中 要 注 意 所 选 管 子 的 温 升 是 否 异 常 ,适 当放 大 所 选 管 子 的 电 流 富 裕 量 ,出 现 干 扰 特 性 时 ,应 对 二 极 管 开 通 特 性 采 取 适 当 的 软 化 措 施 ,可在 二 极 管 电 路 中 串 接 小 电 感 或 并 接 阻 容 元 件 等 。对 于 不 连 续 工 作 模 式 中 的 高 频 整 流 二 极 管 ,因 关 断 时 ,电 流 已 为 零 ,关 断 损

49、耗 很 小 ,选 用 时不 必 特 别 注 意 它 的 反 向 恢 复 特 性 ,只 需 注 意 正 向 特 性 的 选 择 。 而 连 续 工 作 模 式 时 ,二 极 管 关 断时 有 一 定 的 正 向 电 流 。 所 以 必 须 选 用 TRR 小 及 特 性 软 的 管 子 。2 正 激 和 推 挽 电 路正 激 和 推 挽 变 换 器 ,主 电 路 拓 朴 相 似 ,二 极 管 工 作 时 的 电 压 、 电 流 波 形 相 近 。 它 们 的 主 电 路如 图 2.7 所 示 。根 据 图中 变 压 器 同名 端 的 接 法 ,可知 这 二 种 电路 在 Q 导 通时 ,均 有 整流 二 极 管 导通 ,也 就 是说 ,变 压 器能 量 的 传 递 ,是在 功 率 管 Q 导 通 时 进 行 的 ,而 不 像 反 激 电 路 , 在 Q 关 断 时 ,二 极 管 才 传 递 能 量 ,因 此 ,这 二 种电 路 的 输 出 功 率 可 做 得 比 反 激 变 换 器 大 !推 挽 变 换 器 由 于 功 率 管 承 受 的 电 压 应 力 较 大 ,一 般 仅 在 输 入 电 压 较 低 的 情 况 下 采 用 。 而 正 激变 换 器 在 200-500W 的 开 关