在RCD鉗位電路中二極管D的選擇(一

1、在RCD鉗位電路中二極管D的選擇（一） 2014-06-25 來(lái)源： 電子信息網(wǎng) 最近有朋友對(duì)RCD鉗位電路中二極管D的選擇產(chǎn)生了疑問(wèn)。雖然二極管對(duì)大家來(lái)說(shuō)并不陌生，但是其在RCD鉗位電路中的應(yīng)用卻少有人討論。于是專(zhuān)門(mén)針對(duì)這個(gè)問(wèn)題動(dòng)手進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)和求證，得出了一些理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，今天就拿出和大家分享一下。計(jì)算誤差大的其中一個(gè)原因是二極管的開(kāi)關(guān)速度不夠快(即便是快速恢復(fù)二極管)。各大IC公司的公式大都是基于這樣一個(gè)假設(shè)-即二極管是理想的開(kāi)關(guān)，正向?qū)〞r(shí)間是0，反向恢復(fù)時(shí)間也是0。于是由初級(jí)漏感而引起的所有的能耗都消耗在了電阻Rsn上。由這個(gè)公式計(jì)算出來(lái)的電阻數(shù)值比起實(shí)際的參數(shù)通常要小很多。大家

2、可能會(huì)有這樣的經(jīng)驗(yàn)-選擇越慢的二極管(反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng))，則這個(gè)計(jì)算的誤差就越大。 比如說(shuō)在談?wù)凴CD的計(jì)算結(jié)果為何與實(shí)驗(yàn)參數(shù)出入很大中的例子里，用的是反向恢復(fù)實(shí)際只有75nS的超快恢復(fù)二極管UF4007。 假如用恢復(fù)速度慢些的二極管，那么情況會(huì)大不一樣了。現(xiàn)在有的線(xiàn)路中使用開(kāi)關(guān)速度很慢1N4007。在之前沒(méi)有提到用慢速二極管而造成的計(jì)算誤差，是因?yàn)槿绻褂?N4007，那么就不用算了。因?yàn)檎`差會(huì)大到“計(jì)算本身完全失去了意義”。給大家一個(gè)直觀(guān)的例子-在上個(gè)帖子的例子中計(jì)算出的電阻數(shù)值是33K，如果二極管用1N4007的話(huà)，實(shí)際上270K的電阻就可以了。說(shuō)起二極管的開(kāi)關(guān)特性，大家都會(huì)想到“二極管的

3、反向恢復(fù)時(shí)間”。這也是衡量一個(gè)二極管開(kāi)關(guān)速度的主要參數(shù)。大家對(duì)此都很熟悉。不過(guò)，下面我想先談?wù)劧O管的正向恢復(fù)時(shí)間。對(duì)于“二極管正向恢復(fù)時(shí)間”，好像關(guān)心的人很少。讓我們先來(lái)看一下反激電源MOS管Vds的波形。一般的RCD計(jì)算的資料中的圖形是這樣的：上面的波形是理想的樣子，把二極管看成了一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)。很多講RCD計(jì)算的AN里都是這樣的。而實(shí)際上的波形會(huì)有些不同，比如說(shuō)我之前的帖子中的例子。波形是下面的樣子：實(shí)際的波形非但遠(yuǎn)沒(méi)有理想的波形漂亮，還有一個(gè)很高的尖峰。這個(gè)尖峰超過(guò)50-60V。單憑這一點(diǎn)計(jì)算公式就有了很大誤差了。下面的圖中-藍(lán)色的是二極管UF4007的正極波形，黃色是二極管的負(fù)極。由

4、圖中看到二極管在Vds上升后，并沒(méi)有能很快地導(dǎo)通。在開(kāi)始的幾十至一百ns內(nèi)，二極管的正向?qū)妷河袔资甐之多。幾十V的正向電壓-換句話(huà)說(shuō)也就是二極管沒(méi)有導(dǎo)通。后來(lái)終于也有人開(kāi)始正視這個(gè)問(wèn)題了，比較近期的資料上已經(jīng)清楚的標(biāo)出了這個(gè)由于二極管正向?qū)ㄑ訒r(shí)而造成的尖峰。大多數(shù)的二極管制造商都不會(huì)在datasheet中給出這個(gè)“正向恢復(fù)時(shí)間”的參數(shù)。于是大家也一直覺(jué)得相對(duì)于反向的恢復(fù)時(shí)間，正向?qū)ㄊ窍喈?dāng)快的，可以忽略不計(jì)。事實(shí)上，在某些快速開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，這個(gè)參數(shù)還是要考慮的。在MUR260的規(guī)格書(shū)中給出的正向恢復(fù)時(shí)間是50ns?？磥?lái)比UF4007要快。這里并不想深入討論“正向恢復(fù)”這個(gè)參數(shù)。由于這個(gè)參數(shù)

5、會(huì)對(duì)RCD的線(xiàn)路多少有些影響，所以想比較一下不同開(kāi)關(guān)速度的二極管的正向?qū)ㄌ匦缘牟町悺Ｒ韵碌睦又羞€是用“談?wù)凴CD的計(jì)算結(jié)果為何與實(shí)驗(yàn)參數(shù)出入很大”中的反激電源為例。反激電源工作在DCM模式變壓器PQ3230：初級(jí)電感 Lp = 205uH;初級(jí)漏感 Llk = 5.5uH ( 1KHz); 用LC諧振的方法測(cè)得： Llk = 2.1uH開(kāi)關(guān)頻率 fs = 76KHz初級(jí)電流 Ipeak = 3.13A (輸出 12.4V / 5A)鉗位電壓 Vsn = 210V反射電壓 Vor = 85V ; Vin = 140V上圖中是用三種不同開(kāi)關(guān)速度(反向恢復(fù)時(shí)間)的二極管UF4007、FR107和

6、1N4007來(lái)作比較?？梢园l(fā)現(xiàn)其正向恢復(fù)時(shí)間是差不多的。如果真的要仔細(xì)比較的話(huà)，那么UF4007好像要導(dǎo)通的稍微慢一點(diǎn)兒。上面各波形對(duì)應(yīng)的RCD參數(shù)如下：那么如果電阻Rsn =39K和電容Csn = 10nF不變，而只改變二極管呢?由上面的圖中看出-鉗位電壓Vsn隨著二極管的反向恢復(fù)時(shí)間的加長(zhǎng)而顯著下降。使用反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的二極管(其作用)：第一、可以使鉗位電壓Vsn降低。第二、1N4007不但能降低Vsn，還大大降低了初級(jí)漏感Llk與MOS管Coss諧振的幅度(有利于改善EMI)。看一看實(shí)驗(yàn)中的這幾種最常用的的二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。對(duì)于UF4007和FR107，看了一些廠(chǎng)家的datashee

7、t，其反向恢復(fù)時(shí)間是完全一樣的。然而，1N4007就不同了。像Good Ark的1N4007，反向恢復(fù)時(shí)間Trr只有2us(還是比較快的)，但通用半導(dǎo)體的1N4007有30us之多。還有的廠(chǎng)家沒(méi)有注明反向恢復(fù)時(shí)間的，可能比30us還要長(zhǎng)。所以PI的資料中講，不要用沒(méi)有標(biāo)明反向恢復(fù)時(shí)間的1N4007。上面實(shí)驗(yàn)中用的1N4007，我手上沒(méi)有規(guī)格書(shū)。無(wú)從知道反向恢復(fù)時(shí)間Trr是多少，只能自己測(cè)一下了。我用的數(shù)值和上圖中的參數(shù)不是完全一樣，但接近。由于開(kāi)關(guān)的原因，有些noise。但不影響測(cè)量。實(shí)際測(cè)得的反向恢復(fù)時(shí)間大概是2us， 還不錯(cuò)。按照上面的線(xiàn)路圖搭就行了。第一 、先把左邊的電源接通，讓二極管正

8、向?qū)?。?dǎo)通電流1A左右。如果沒(méi)有50V的電源，用30V也行。相應(yīng)地調(diào)整下電阻阻值。第二、然后接通右邊的反向電壓源。由于二極管的反向延遲，并不能馬上截止。所以，這時(shí)候二極管相當(dāng)于是在一定時(shí)間內(nèi)，反向?qū)ǖ?。調(diào)整右邊電源的電壓(及電阻)，使最大的反向電流是1A左右。第三、得到類(lèi)似上面的電流波形。由反向電流開(kāi)始建立到電流下降到最大電流的25%的這段時(shí)間，就是反向恢復(fù)時(shí)間Trr。下面來(lái)看看反向恢復(fù)時(shí)間Trr為什么會(huì)對(duì)RCD 的鉗位電壓有影響。圖中藍(lán)色線(xiàn)為二極管UF4007(+)的電壓波形，也就是Vsn。黃色線(xiàn)為二極管(-)，或者說(shuō)是電容 Csn上的電壓。(示波器的地接Vin)第一、圖中二極管正向?qū)ê髮?duì)電容Csn充電，至A點(diǎn)充電完成。之后二極管正極電壓開(kāi)始低于負(fù)極電壓，二極管反向。第二、由于UF4007的反向恢復(fù)時(shí)間有75ns，在這段時(shí)間內(nèi)二極管可以看成一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的電阻(阻值由小變大)。圖中的黃色線(xiàn)，實(shí)際上是電容Csn上的電壓?？梢钥闯鲈贏點(diǎn)到B點(diǎn)的這段時(shí)間，電容上的電壓有明顯的下降，也就是放電。第