电源技术中的PWM DC/DC转换器二极管
在开关电源中的PWM DC/DC转换器所用的二极管有两种:即快恢复二极管和肖特基二极管。 1 快恢复二极管 在开关电源中,除了工频整流器外,二极管大多数也工作在高频开关状态。因此,二极管的动态开关特性是十分重要的,其中主要是正向特 性和反向恢复特性。在使用中要求二极管的正向瞬态压降要小,反向恢复时间要短,反向恢复电荷要少,并且具有快速恢复的特性。 (1)开通特性。二极管的开通时间特性如图(a)所示,开通初期出现较高的正向峰值电压Ufp,电压下降到2V时为正向恢复时间tfr,然后继续下 降到稳态压降(如1V左右)。diF/dt为电流变化率,此电流变化率与器件内部机制、引线长短、 电源技术中的PWM DC/DC转换器是现代电子设备中广泛使用的电源管理组件,它通过脉宽调制(PWM)技术来调节输出电压。在这样的转换器中,二极管起着至关重要的作用,主要分为快恢复二极管和肖特基二极管。 1. 快恢复二极管(FRD) 快恢复二极管是在开关电源中常用于高频应用的二极管类型。其关键特性在于它的动态开关性能,包括正向特性和反向恢复特性。在工作时,二极管要求具有较小的正向瞬态压降以减少能量损失,同时要求反向恢复时间短和反向恢复电荷少,以实现快速的电流切换。 (1)开通特性 开通特性描述了二极管从截止状态到导通状态的过程。在开通初期,二极管会经历一个较高的正向峰值电压Ufp,随后电压逐渐下降至2V左右,这个过程称为正向恢复时间tfr。电流变化率diF/dt在此过程中起到关键作用,它受到器件内部结构、引线长度、是否存在磁性材料等因素影响。温度升高会导致正向恢复时间和峰值电压的增加。 (2)关断特性 当二极管从导通状态突然转换到反向阻断状态时,其反向恢复特性表现出来。反向恢复电流iR会在电流过零点之后短暂反向增大,直至电荷被完全抽出,二极管恢复其反向阻断能力。反向恢复时间trr、反向恢复电荷QR和反向恢复电流的下降速度dirr/dt是衡量反向恢复特性的关键参数。QR越小,trr越短,损耗就越小。而dirr/dt过大可能导致电路振荡,产生噪声并可能损坏二极管。 2. 肖特基二极管 肖特基二极管是一种低正向压降和快速开关的半导体器件,适用于需要高速开关特性的场合。它没有反向恢复电荷问题,因此开关损耗相对较小,但反向耐压通常较低,适用于低电压应用。 3. PIN型与PN型快恢复二极管 PIN型和PN型快恢复二极管各有优缺点。PIN型二极管具有更低的开通压降和更好的反向恢复性能,但其反向恢复特性较硬,可能导致较高的反向峰值电压。相反,PN型二极管具有软恢复特性,反向恢复过程更平滑,但可能牺牲一些性能指标。 总结来说,选择合适的二极管类型对于优化PWM DC/DC转换器的效率和稳定性至关重要。设计者需要根据具体应用的需求,如工作频率、功率等级、热管理等,权衡各种参数,来选取最佳的二极管解决方案。在实际应用中,可以参考不同类型的高速整流器的性能比较,以满足特定系统的要求。
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