開(kāi)關(guān)電源原理、設(shè)計(jì)及實(shí)例[陳純鍇][電子教案(PPT版本)]第6章

1、 輸出整流濾波電路的作用是將高頻變壓器次級(jí)回路中方輸出整流濾波電路的作用是將高頻變壓器次級(jí)回路中方波電壓整流成單向脈動(dòng)直流，并將其平滑成符合要求的低紋波波電壓整流成單向脈動(dòng)直流，并將其平滑成符合要求的低紋波直流電壓。二次整流電路一般都為高頻整流電路，普通的直流電壓。二次整流電路一般都為高頻整流電路，普通的PN結(jié)結(jié)二極管恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、效率低，不適合開(kāi)關(guān)電源的二次整流，通二極管恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、效率低，不適合開(kāi)關(guān)電源的二次整流，通常二次整流采用高頻快速開(kāi)關(guān)二極管。作為高頻開(kāi)關(guān)變換器輸常二次整流采用高頻快速開(kāi)關(guān)二極管。作為高頻開(kāi)關(guān)變換器輸出整流用的功率二極管，應(yīng)當(dāng)具有開(kāi)關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻小、出整流用的功率二

2、極管，應(yīng)當(dāng)具有開(kāi)關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻小、正向壓降小，截止時(shí)反向漏電流小，反向恢復(fù)時(shí)間短等特點(diǎn)。正向壓降小，截止時(shí)反向漏電流小，反向恢復(fù)時(shí)間短等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在高頻大功率輸出的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中表現(xiàn)得尤這些特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在高頻大功率輸出的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中表現(xiàn)得尤為突出。為突出。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算1功率二極管模型功率二極管模型工作在高頻下的功率二極管，工作在高頻下的功率二極管，必須考慮引線及器件的寄生參數(shù)的必須考慮引線及器件的寄生參數(shù)的影響，其等效電路模型如圖影響，其等效電路模型如圖6-1所所示。圖中示。圖中D為理想二極管，為理想二極管，L代表代表封裝引線電感，封裝引線電感，C

3、j為結(jié)電容，為結(jié)電容，RP為為高阻值并聯(lián)電阻，高阻值并聯(lián)電阻，Ra為引線電阻。為引線電阻。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算2功率二極管的性能參數(shù)功率二極管的性能參數(shù)(1)正向平均電流正向平均電流 IF指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定殼溫、規(guī)定散熱條件下二指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定殼溫、規(guī)定散熱條件下二極管流過(guò)工頻正弦半波的平均電流。此電流下正向壓降引起的極管流過(guò)工頻正弦半波的平均電流。此電流下正向壓降引起的損耗使結(jié)溫升高，不超過(guò)允許溫升。目前大功率整流二極管的損耗使結(jié)溫升高，不超過(guò)允許溫升。目前大功率整流二極管的IF值可達(dá)值可達(dá)1000A。(2)反向擊穿電壓反向擊穿電壓 VBR指二極管反

4、向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)，反向電流劇增，指二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至因過(guò)熱而燒壞。二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至因過(guò)熱而燒壞。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算 (3)正向?qū)▔航嫡驅(qū)▔航礦DF 從關(guān)斷到導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程中，二極管有一個(gè)正向恢復(fù)過(guò)從關(guān)斷到導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程中，二極管有一個(gè)正向恢復(fù)過(guò)程，如圖程，如圖6-2所示。其持續(xù)時(shí)間稱為正向恢復(fù)時(shí)間所示。其持續(xù)時(shí)間稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr；在正向恢；在正向恢復(fù)過(guò)程中，二極管電流復(fù)過(guò)程中，二極管電流iD由零上升到由零上升到IF，而二極管電壓，而二極管電壓VD階躍階躍上升到正向恢復(fù)電壓（峰

5、值）上升到正向恢復(fù)電壓（峰值）VFRM，其典型值在，其典型值在5V至至20V之間，之間，但在但在tfr時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)VD又從又從VFRM衰減到穩(wěn)態(tài)正向電壓衰減到穩(wěn)態(tài)正向電壓VDF，因此，正，因此，正向恢復(fù)過(guò)程中，二極管的正向功耗比穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗要大，并且，向恢復(fù)過(guò)程中，二極管的正向功耗比穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗要大，并且，正向恢復(fù)電壓正向恢復(fù)電壓VFRM其值比其值比VDF大得多，加到電路中的其它元器大得多，加到電路中的其它元器件上可能會(huì)產(chǎn)生故障。件上可能會(huì)產(chǎn)生故障。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算（4）反向漏電流及反向電壓）反向漏電流及反向電壓反向漏電流

6、反向漏電流IR指二極管未擊穿時(shí)的反向電流，決定了二指二極管未擊穿時(shí)的反向電流，決定了二極管關(guān)斷狀態(tài)的損耗。一般說(shuō)，反向漏電流應(yīng)當(dāng)是很小的，但極管關(guān)斷狀態(tài)的損耗。一般說(shuō)，反向漏電流應(yīng)當(dāng)是很小的，但在反向過(guò)渡過(guò)程中，反向電流峰值在反向過(guò)渡過(guò)程中，反向電流峰值IRM對(duì)關(guān)斷損耗的作用卻是不對(duì)關(guān)斷損耗的作用卻是不可忽視的。而且反向漏電流隨結(jié)溫上升呈指數(shù)規(guī)律上升?？珊鲆暤?。而且反向漏電流隨結(jié)溫上升呈指數(shù)規(guī)律上升。功率二極管的反向額定電壓（或反向阻斷電壓），又稱功率二極管的反向額定電壓（或反向阻斷電壓），又稱反壓峰值（反壓峰值（Peak Inverse Voltage，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱PIV），是由允許的），是由

7、允許的反向漏電流大小決定的。當(dāng)二極管上所加反向電壓大于反向漏電流大小決定的。當(dāng)二極管上所加反向電壓大于PIV值值時(shí)，反向漏電流將大幅度上升。時(shí)，反向漏電流將大幅度上升。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算（5）反向恢復(fù)時(shí)間）反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間是衡量高頻整流及續(xù)流器件性能的重要技反向恢復(fù)時(shí)間是衡量高頻整流及續(xù)流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。術(shù)指標(biāo)。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算圖圖6-3給出二極管從導(dǎo)通給出二極管從導(dǎo)通到完全關(guān)斷的過(guò)渡過(guò)程中到完全關(guān)斷的過(guò)渡過(guò)程中電流電流iD、電壓、電壓VD變化曲線。變化曲線。其中其中t1tt3為二極管的反為二極管的反向恢復(fù)過(guò)程。圖中，向恢復(fù)

8、過(guò)程。圖中，IF為為正向電流，正向電流，IRm為最大反為最大反向恢復(fù)電流，向恢復(fù)電流，Irr為反向恢為反向恢復(fù)電流。復(fù)電流。反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trr是從正向電流過(guò)零到電流反向并轉(zhuǎn)換到是從正向電流過(guò)零到電流反向并轉(zhuǎn)換到其峰值的其峰值的10%時(shí)的時(shí)間間隔，如圖時(shí)的時(shí)間間隔，如圖6-3所示，反向恢復(fù)時(shí)間所示，反向恢復(fù)時(shí)間trr= t3-t1。當(dāng)。當(dāng)tt0時(shí)，時(shí)，iD=IF。當(dāng)。當(dāng)tt0時(shí)，由于整流管上的正向電壓突時(shí)，由于整流管上的正向電壓突然反向，因此正向電流迅速減小，在然反向，因此正向電流迅速減小，在t=t1時(shí)刻，整流管電流時(shí)刻，整流管電流iD=0，然后，電流反向，并且反向電流逐漸增大，在，

9、然后，電流反向，并且反向電流逐漸增大，在t=t2時(shí)刻時(shí)刻達(dá)到最大反向電流達(dá)到最大反向電流IRm。此后反向電流逐漸減小，并且在。此后反向電流逐漸減小，并且在t=t3時(shí)時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值刻達(dá)到規(guī)定值Irr。影響二極管反向恢復(fù)性能的主要參數(shù)是反向恢復(fù)電荷影響二極管反向恢復(fù)性能的主要參數(shù)是反向恢復(fù)電荷Qrr，大小等于電流大小等于電流iD曲線在反向恢復(fù)時(shí)間內(nèi)與橫軸時(shí)間軸包圍的面曲線在反向恢復(fù)時(shí)間內(nèi)與橫軸時(shí)間軸包圍的面積，計(jì)算公式如下：積，計(jì)算公式如下：0/ 2rrtrrDrrRmQi dttI二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算反向電流越大，二極管反向恢復(fù)時(shí)間也越長(zhǎng)。反向電流越大，二極管反向恢復(fù)時(shí)間

10、也越長(zhǎng)。一般說(shuō)，二極管的一般說(shuō)，二極管的PIV越高，則越高，則trr越長(zhǎng)；而用減少存儲(chǔ)電越長(zhǎng)；而用減少存儲(chǔ)電荷的方法降低荷的方法降低trr，正向壓降又要上升。所以低頻（，正向壓降又要上升。所以低頻（50Hz）整流）整流用的二極管，其正向壓降總要小于高頻（用的二極管，其正向壓降總要小于高頻（20-100kHz）整流二）整流二極管的極管的VDF。例如，。例如，200V的普通的普通PN結(jié)二極管，正向壓降約結(jié)二極管，正向壓降約1.2V，trr=50us；而；而200V/30A 超快恢復(fù)二極管的正向壓降約超快恢復(fù)二極管的正向壓降約1.6V，trr=50ns。此外，反向電流峰值。此外，反向電流峰值IRm大

11、，表示二極管的電流應(yīng)力大，表示二極管的電流應(yīng)力大，大，IRm的大小取決于與二極管串聯(lián)的電阻，顯然，的大小取決于與二極管串聯(lián)的電阻，顯然，iD下降速度下降速度越快，越快，IRm也越大。在也越大。在iD達(dá)到達(dá)到-IRm以前，二極管仍處于正向?qū)钜郧埃O管仍處于正向?qū)顟B(tài)（二極管上有正向電壓降），這就限制了二極管所能工作的態(tài)（二極管上有正向電壓降），這就限制了二極管所能工作的最大頻率。因?yàn)轭l率越高，則周期越短，反向恢復(fù)時(shí)間在一周最大頻率。因?yàn)轭l率越高，則周期越短，反向恢復(fù)時(shí)間在一周期內(nèi)所占比例越大，因而二極管的關(guān)斷損耗也越大。期內(nèi)所占比例越大，因而二極管的關(guān)斷損耗也越大。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算

12、二極管的性能參數(shù)和計(jì)算(6)導(dǎo)通損耗導(dǎo)通損耗PF整流二極管一周內(nèi)導(dǎo)通損耗平均值為整流二極管一周內(nèi)導(dǎo)通損耗平均值為對(duì)于全橋、推挽、半橋式電路而言，次級(jí)整流電路的工對(duì)于全橋、推挽、半橋式電路而言，次級(jí)整流電路的工作周期相當(dāng)于初級(jí)工作周期的一半，將作周期相當(dāng)于初級(jí)工作周期的一半，將 代入得代入得當(dāng)當(dāng) 接近接近1時(shí)，時(shí)， /FDFF ONPVI tT/2ONtT/ 2FDFFPVI/ 2FDFFPVI二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算正向?qū)▔航嫡驅(qū)▔航礦DF影響二極管的導(dǎo)通損耗影響二極管的導(dǎo)通損耗PF=VDFIF，從而影，從而影響到開(kāi)關(guān)變換器的效率。在穩(wěn)壓電源的輸出電壓較低時(shí)，如響到開(kāi)

13、關(guān)變換器的效率。在穩(wěn)壓電源的輸出電壓較低時(shí)，如5V或或4V，甚至更低，甚至更低3V的開(kāi)關(guān)變換器中，的開(kāi)關(guān)變換器中，VDF的大小對(duì)變換器的效率的大小對(duì)變換器的效率高低有重要影響。開(kāi)關(guān)變換器的輸出電壓高低有重要影響。開(kāi)關(guān)變換器的輸出電壓VO越低，則越低，則VDF/VO越大，越大，當(dāng)當(dāng)IF=IO時(shí)，時(shí)，PF/PO也越大，電源的效率就低。例如，整流二極管也越大，電源的效率就低。例如，整流二極管的正向壓降的正向壓降VF為為1.2V時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓VO為為5V，穩(wěn)壓電源的效率損，穩(wěn)壓電源的效率損失超過(guò)失超過(guò)20%。同時(shí)，輸出電流越大，正向壓降引起的功耗也越大，對(duì)于同時(shí)，輸出電流越大，正向壓降引起的

14、功耗也越大，對(duì)于輸出電流達(dá)到輸出電流達(dá)到100A左右的穩(wěn)壓電源，導(dǎo)通損耗達(dá)到左右的穩(wěn)壓電源，導(dǎo)通損耗達(dá)到120W，因此，因此要有足夠大的散熱器，這會(huì)增加穩(wěn)壓電源的體積和重量。要有足夠大的散熱器，這會(huì)增加穩(wěn)壓電源的體積和重量。 選擇整選擇整流二極管時(shí)，應(yīng)選用正向壓降低的二極管以提高效率，也可以采流二極管時(shí)，應(yīng)選用正向壓降低的二極管以提高效率，也可以采用大電流器件降額使用、多只并聯(lián)，以便減小正向壓降。用大電流器件降額使用、多只并聯(lián)，以便減小正向壓降。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算 (7)關(guān)斷損耗關(guān)斷損耗PiD 隨著工作頻率的提高，反向恢復(fù)時(shí)間在周期中占有的比例隨著工作頻率的提高，反向

15、恢復(fù)時(shí)間在周期中占有的比例亦隨之增大，關(guān)斷損耗亦增大，因而，反向恢復(fù)時(shí)間在一定程度亦隨之增大，關(guān)斷損耗亦增大，因而，反向恢復(fù)時(shí)間在一定程度上限制了電路工作頻率的提高。關(guān)斷損耗平均值可以由下面公式上限制了電路工作頻率的提高。關(guān)斷損耗平均值可以由下面公式近似計(jì)算：近似計(jì)算：其中其中IRM為反向峰值電流，為反向峰值電流，VR為穩(wěn)態(tài)時(shí)施加的反向電壓，為穩(wěn)態(tài)時(shí)施加的反向電壓，trr為反向恢復(fù)時(shí)間，為反向恢復(fù)時(shí)間，T為周期。為周期。開(kāi)關(guān)電源用開(kāi)關(guān)整流二極管不僅應(yīng)有短的反向恢復(fù)時(shí)間和開(kāi)關(guān)電源用開(kāi)關(guān)整流二極管不僅應(yīng)有短的反向恢復(fù)時(shí)間和小的反向恢復(fù)電流，而且反向電流的恢復(fù)以緩慢為好，即所謂軟小的反向恢復(fù)電流，而

16、且反向電流的恢復(fù)以緩慢為好，即所謂軟恢復(fù)，以降低噪聲。恢復(fù)，以降低噪聲。二極管的性能參數(shù)和計(jì)算二極管的性能參數(shù)和計(jì)算12rriDRMRtPIVT綜上所述，在設(shè)計(jì)整流電路時(shí)，選擇功率二極管應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：綜上所述，在設(shè)計(jì)整流電路時(shí)，選擇功率二極管應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：(1)正向壓降正向壓降VDF應(yīng)小，以減少導(dǎo)通損耗、提高效率，尤其是大電應(yīng)小，以減少導(dǎo)通損耗、提高效率，尤其是大電流、低電壓輸出的電路。流、低電壓輸出的電路。(2)反向恢復(fù)電流峰值反向恢復(fù)電流峰值TRm要小，與之相關(guān)的反向恢復(fù)時(shí)間要小，與之相關(guān)的反向恢復(fù)時(shí)間trr應(yīng)小，應(yīng)小，尤其是二極管以很高的尤其是二極管以很高的di/dt從正向?qū)顟B(tài)直

17、接反向時(shí)，更為重從正向?qū)顟B(tài)直接反向時(shí)，更為重要，以降低開(kāi)關(guān)損耗。要，以降低開(kāi)關(guān)損耗。(3)正向恢復(fù)電壓正向恢復(fù)電壓VFRM要小，尤其是用要小，尤其是用PIV值高的整流管，及用超值高的整流管，及用超快恢復(fù)二極管時(shí)。快恢復(fù)二極管時(shí)。(4)反向漏電流反向漏電流IR小，尤其是高電壓和高結(jié)溫應(yīng)用的場(chǎng)合。小，尤其是高電壓和高結(jié)溫應(yīng)用的場(chǎng)合。(5)整流管實(shí)際承受的最大反向峰值電壓為整流管實(shí)際承受的最大反向峰值電壓為U(BR)S，所選整流管的，所選整流管的最大反向峰值電壓為最大反向峰值電壓為URM，要求，要求URM2U(BR)S。(6)其額定整流電流其額定整流電流ID，一般要求，一般要求ID3IOM，IO

18、M為最大連續(xù)輸出電流。為最大連續(xù)輸出電流。在開(kāi)關(guān)電源次級(jí)輸出整流部分，一般選用反向恢復(fù)時(shí)間在開(kāi)關(guān)電源次級(jí)輸出整流部分，一般選用反向恢復(fù)時(shí)間較短的功率整流管，常用的主要有快恢復(fù)二極管、超快速恢復(fù)較短的功率整流管，常用的主要有快恢復(fù)二極管、超快速恢復(fù)二極管、肖特基勢(shì)壘二極管。二極管、肖特基勢(shì)壘二極管?？焖倩謴?fù)二極管和超快恢復(fù)二極管是極有發(fā)展前途的電快速恢復(fù)二極管和超快恢復(fù)二極管是極有發(fā)展前途的電力電子半導(dǎo)體器件，具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短、耐壓力電子半導(dǎo)體器件，具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短、耐壓高、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。這兩種整流二極高、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。這兩

19、種整流二極管還減少了開(kāi)關(guān)電壓尖峰。而這種尖峰直接影響輸出直流電壓管還減少了開(kāi)關(guān)電壓尖峰。而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的波紋。可廣泛用于的波紋。可廣泛用于PWM脈寬調(diào)制器、開(kāi)關(guān)電源、不間斷電脈寬調(diào)制器、開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源（源（UPS）、高頻加熱裝置、交流電機(jī)變頻調(diào)速等領(lǐng)域，作為）、高頻加熱裝置、交流電機(jī)變頻調(diào)速等領(lǐng)域，作為高頻、大電流的整流二極管、續(xù)流二極管或阻塞二極管。高頻、大電流的整流二極管、續(xù)流二極管或阻塞二極管。1.快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管（快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode，縮寫(xiě)為，縮寫(xiě)為FRD）是指反向恢復(fù)時(shí)間很短，一般小于是指反向恢復(fù)時(shí)間很短，一般

20、小于5us，迅速由導(dǎo)通狀態(tài)過(guò)渡，迅速由導(dǎo)通狀態(tài)過(guò)渡到關(guān)斷狀態(tài)的到關(guān)斷狀態(tài)的PN結(jié)整流管。在制造工藝上采用摻金措施，結(jié)構(gòu)結(jié)整流管。在制造工藝上采用摻金措施，結(jié)構(gòu)上有的采用上有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)，可獲得較結(jié)構(gòu)，可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度和較高的耐壓。從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢高的開(kāi)關(guān)速度和較高的耐壓。從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100納秒以下，大大提高了電源的效率。納秒以下，大大提高了電源的效率。PIN結(jié)型二極管與普通結(jié)型二極管與普通PN結(jié)二極管

21、不同，即在結(jié)二極管不同，即在P型硅材型硅材料與料與N型硅材料中間增加了基區(qū)型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短。短。在同等容量下在同等容量下PIN型結(jié)構(gòu)二極管具有正向?qū)▔航档?，型結(jié)構(gòu)二極管具有正向?qū)▔航档?，反向恢?fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于不同型號(hào)的二極管來(lái)說(shuō)，二極管反向恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于不同型號(hào)的二極管來(lái)說(shuō)，二極管的耐壓越高，電流越大，恢復(fù)時(shí)間就越長(zhǎng)，導(dǎo)通壓降就越高。的耐壓越高，電流越大，恢復(fù)時(shí)間就越長(zhǎng)，導(dǎo)通壓降就越高?？旎謴?fù)二極管用于開(kāi)關(guān)頻

22、率不太高快恢復(fù)二極管用于開(kāi)關(guān)頻率不太高(2050kHz)的輸出整流。的輸出整流。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向電快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百伏至幾千伏。流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百伏至幾千伏。常用的小電流快恢復(fù)二極管的主要型號(hào)有常用的小電流快恢復(fù)二極管的主要型號(hào)有FRl01-FRl07(1A，501000V)、FR301-FR307(3A，501000V)等，可用于輔等，可用于輔助開(kāi)關(guān)電源的輸出整流。在選擇快速恢復(fù)整流二極管時(shí)，其反助開(kāi)關(guān)電源的輸出整流。在選擇快速恢復(fù)整流二極管時(shí)，其反向恢復(fù)時(shí)間向恢復(fù)時(shí)

23、間trr至少應(yīng)該比開(kāi)關(guān)晶體管的上升時(shí)間低三倍。至少應(yīng)該比開(kāi)關(guān)晶體管的上升時(shí)間低三倍。2.超快恢復(fù)二極管超快恢復(fù)二極管超快恢復(fù)二極管（超快恢復(fù)二極管（Ultra-Fast Recovery Diode，縮寫(xiě)為，縮寫(xiě)為UFRD）則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，）則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的， 其反向恢復(fù)電其反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，反向恢復(fù)時(shí)間更短，荷進(jìn)一步減小，反向恢復(fù)時(shí)間更短，trr值可低至幾十值可低至幾十ns。UFRD的優(yōu)點(diǎn)是正向?qū)〒p耗小，結(jié)電容小，運(yùn)行溫度可較高，允許的的優(yōu)點(diǎn)是正向?qū)〒p耗小，結(jié)電容小，運(yùn)行溫度可較高，允許的結(jié)溫在結(jié)溫在175左右。左右。UFRD一般用于開(kāi)關(guān)頻率在

24、一般用于開(kāi)關(guān)頻率在50kHz以上的整以上的整流模塊的輸出整流。流模塊的輸出整流。用在開(kāi)關(guān)電源中輸出整流的快速及超快速恢復(fù)整流二極管，用在開(kāi)關(guān)電源中輸出整流的快速及超快速恢復(fù)整流二極管，是否需要加裝散熱器，要根據(jù)電路的最大輸出功率來(lái)決定。是否需要加裝散熱器，要根據(jù)電路的最大輸出功率來(lái)決定。型型號(hào)為號(hào)為1N6620-1N663l的高電壓超快恢復(fù)二極管的高電壓超快恢復(fù)二極管(PINl000v)trr為為35或或50ns，并且在高溫下反向電流小、正向恢復(fù)電壓低，適用，并且在高溫下反向電流小、正向恢復(fù)電壓低，適用于高電壓輸出于高電壓輸出(要求要求PIV為為600v)的開(kāi)關(guān)變換器。型號(hào)為的開(kāi)關(guān)變換器。型號(hào)

25、為1N5802-1N5816，1N6304-1N6306的的UFRD，其，其PIV400V，可用于，可用于24V或或48V輸出輸出(要求二極管的反向額定電壓分別為要求二極管的反向額定電壓分別為150V和和400V)的開(kāi)的開(kāi)關(guān)變換器。關(guān)變換器。20A以下的快恢復(fù)二極管及超快恢復(fù)二極管大多采用以下的快恢復(fù)二極管及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220FP封裝。幾十封裝。幾十A以上的大功率快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管以上的大功率快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管一般采用頂部帶金屬散熱片的一般采用頂部帶金屬散熱片的TO-3P金屬殼封裝，更大容量金屬殼封裝，更大容量（幾百（幾百A至幾至幾kA）的管子則采用螺栓型或平板型封裝。

26、從內(nèi)部）的管子則采用螺栓型或平板型封裝。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，快恢復(fù)二極管及超快恢復(fù)二極可分成單管、對(duì)管兩種。結(jié)構(gòu)看，快恢復(fù)二極管及超快恢復(fù)二極可分成單管、對(duì)管兩種。對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)或超快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)或超快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，接法的不同， 又有共陰對(duì)管、共陽(yáng)對(duì)管之分。如圖又有共陰對(duì)管、共陽(yáng)對(duì)管之分。如圖6-4所示為所示為C20-04型單管快恢復(fù)二極管、型單管快恢復(fù)二極管、C92-02型共陰對(duì)管、型共陰對(duì)管、MUR1680A型共陽(yáng)對(duì)管超快恢復(fù)二極管構(gòu)造。型共陽(yáng)對(duì)管超快恢復(fù)二極管構(gòu)造。常用的小功率快恢復(fù)二極管有常用的小功率快恢復(fù)二極管有FR系列和

27、系列和PFR系列等，其系列等，其主要參數(shù)見(jiàn)表主要參數(shù)見(jiàn)表6-1。常用的中、大功率快恢復(fù)二極管有。常用的中、大功率快恢復(fù)二極管有RC系列、系列、MUR系列、系列、CTL系列等，其主要參數(shù)見(jiàn)表系列等，其主要參數(shù)見(jiàn)表6-2。肖特基勢(shì)壘二極管（肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier Diode，英文縮寫(xiě)，英文縮寫(xiě)為為SBD）簡(jiǎn)稱肖特基二極管或肖特基管，是一種低壓、低功耗、）簡(jiǎn)稱肖特基二極管或肖特基管，是一種低壓、低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體功率器件，具有開(kāi)關(guān)大電流、超高速半導(dǎo)體功率器件，具有開(kāi)關(guān)頻率頻率高和正向壓降低高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路，作高頻、等

28、優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用。低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用。肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與PN結(jié)二極管有很大區(qū)別。普結(jié)二極管有很大區(qū)別。普通通PN結(jié)二極管利用結(jié)二極管利用P型型半導(dǎo)體半導(dǎo)體與與N型半導(dǎo)體接觸形成型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)具有單結(jié)具有單向?qū)щ娦韵驅(qū)щ娦栽碓碇谱鞯?，而肖特基二極管則以貴金屬金、銀、鉑、制作的，而肖特基二極管則以貴金屬金、銀、鉑、鉬、鎳、鈦等為陽(yáng)極，以鉬、鎳、鈦等為陽(yáng)極，以N型半導(dǎo)體為陰極，利用二者接觸面上型半導(dǎo)體為陰極，利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘

29、具有整流特性而制成的金屬形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件。因?yàn)橐驗(yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的少量的自由電子，所以電子便從濃度高的N型半導(dǎo)體中向濃度型半導(dǎo)體中向濃度低的金屬中中擴(kuò)散。顯然，金屬中沒(méi)有空穴，也就不存在空穴低的金屬中中擴(kuò)散。顯然，金屬中沒(méi)有空穴，也就不存在空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子的不斷擴(kuò)散，的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子的不斷擴(kuò)散，N型半導(dǎo)體表面電子濃度型半導(dǎo)體表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢(shì)壘。在該電場(chǎng)作逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢(shì)壘。在該

30、電場(chǎng)作用之下，金屬中的電子也會(huì)向用之下，金屬中的電子也會(huì)向N型半導(dǎo)體中漂移運(yùn)動(dòng)，從而消型半導(dǎo)體中漂移運(yùn)動(dòng)，從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電空間電荷區(qū)荷區(qū)后，電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散后，電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成了肖特基勢(shì)壘。運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成了肖特基勢(shì)壘。典型的肖特基整流管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖典型的肖特基整流管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-5所示，以所示，以N型半型半導(dǎo)體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的導(dǎo)體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。外延層。陽(yáng)極

31、陽(yáng)極使用使用鉬或鋁等材料制成阻檔層，用二氧化硅來(lái)消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng)，鉬或鋁等材料制成阻檔層，用二氧化硅來(lái)消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng)，提高管子的耐壓值。提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)型基片具有很小的通態(tài)電阻電阻，其摻雜濃，其摻雜濃度較度較N-層要高層要高100%倍。在倍。在N型基片下邊與陰極金屬之間形成型基片下邊與陰極金屬之間形成N+陰極陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓（陽(yáng)極金屬接特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓（陽(yáng)極

32、金屬接電電源源正極，正極，N型基片接電源負(fù)極）時(shí)，肖特基勢(shì)壘層變窄，其內(nèi)型基片接電源負(fù)極）時(shí)，肖特基勢(shì)壘層變窄，其內(nèi)阻變?。环粗?，若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí)，肖特基阻變??；反之，若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí)，肖特基勢(shì)壘層則變寬，其內(nèi)阻變大。勢(shì)壘層則變寬，其內(nèi)阻變大?，F(xiàn)有的大多數(shù)肖特基二極管都是采用硅半導(dǎo)體材料，但現(xiàn)有的大多數(shù)肖特基二極管都是采用硅半導(dǎo)體材料，但20世紀(jì)世紀(jì)90年代以來(lái)，也出現(xiàn)了采用砷化鎵年代以來(lái)，也出現(xiàn)了采用砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料做成做成SBD。近年來(lái)，采用硅。近年來(lái)，采用硅平面工藝平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)世，這不僅可

33、節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了也已問(wèn)世，這不僅可節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性。參數(shù)的一致性。肖特基二極管以多數(shù)載流子電子輸送電荷，在勢(shì)壘外側(cè)肖特基二極管以多數(shù)載流子電子輸送電荷，在勢(shì)壘外側(cè)無(wú)過(guò)剩少數(shù)載流子的積累，因此在開(kāi)關(guān)時(shí)沒(méi)有少數(shù)載流子儲(chǔ)存無(wú)過(guò)剩少數(shù)載流子的積累，因此在開(kāi)關(guān)時(shí)沒(méi)有少數(shù)載流子儲(chǔ)存電荷和移動(dòng)效應(yīng)，所以其電荷和移動(dòng)效應(yīng)，所以其反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trr甚短，開(kāi)關(guān)特性得到甚短，開(kāi)關(guān)特性得到明顯改善。明顯改善。與普通硅二極管比較，肖特基二極管具有下列特點(diǎn)：與普通硅二極管比較，肖特基二極管具有下列特點(diǎn)：(1)反向恢復(fù)時(shí)間可縮短到反向恢復(fù)時(shí)間可縮短到10ns以

34、內(nèi)，而且與反向以內(nèi)，而且與反向di/dt無(wú)關(guān)，無(wú)關(guān)，可在更高頻率下工作。可在更高頻率下工作。(2)具有較低的正向?qū)▔航?，介于具有較低的正向?qū)▔航?，介于PN結(jié)二極管鍺管與硅管之結(jié)二極管鍺管與硅管之間，約為間，約為0.3-0.8V，典型值為，典型值為0.55V。而且，隨著結(jié)溫的增加，。而且，隨著結(jié)溫的增加，其正向壓降更低，導(dǎo)通損耗小，能提高開(kāi)關(guān)電源的效率。其正向壓降更低，導(dǎo)通損耗小，能提高開(kāi)關(guān)電源的效率。(3)肖特基二極管整流電流從幾千毫安到數(shù)百安，并且很容易通肖特基二極管整流電流從幾千毫安到數(shù)百安，并且很容易通過(guò)并聯(lián)而擴(kuò)大容量，即不需加均流電阻而可直接并聯(lián)，亦可兩過(guò)并聯(lián)而擴(kuò)大容量，即不需加均

35、流電阻而可直接并聯(lián)，亦可兩只配對(duì)并聯(lián)后封裝成組件。只配對(duì)并聯(lián)后封裝成組件。(4)反向漏電流比較大，可達(dá)數(shù)十毫安，有一定的熱損耗，更容反向漏電流比較大，可達(dá)數(shù)十毫安，有一定的熱損耗，更容易受熱擊穿，使用時(shí)需要提供瞬時(shí)過(guò)壓保護(hù)及適當(dāng)控制結(jié)溫。易受熱擊穿，使用時(shí)需要提供瞬時(shí)過(guò)壓保護(hù)及適當(dāng)控制結(jié)溫。(5)反向擊穿電壓反向擊穿電壓比較低，約為比較低，約為40V-50V，最高反向工作電壓一，最高反向工作電壓一般不超過(guò)般不超過(guò)100V，廣泛應(yīng)用于低電壓大電流電源中。當(dāng)輸出電壓，廣泛應(yīng)用于低電壓大電流電源中。當(dāng)輸出電壓高于高于30V時(shí)，須用耐壓時(shí)，須用耐壓100V以上的超快恢復(fù)二極管來(lái)代以上的超快恢復(fù)二極管來(lái)

36、代 替肖特基二極管。替肖特基二極管。中、小功率肖特基二極管大多采用中、小功率肖特基二極管大多采用TO-220封裝。典型產(chǎn)封裝。典型產(chǎn)品有品有Motorola公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的MBR系列肖特基二極管。常用的肖系列肖特基二極管。常用的肖特基二極管主要參數(shù)如表特基二極管主要參數(shù)如表6-3所示。所示。以上幾種整流二極管的以上幾種整流二極管的典型伏安特性如圖典型伏安特性如圖6-6所示，所示，從圖中可以看出肖特基勢(shì)壘整從圖中可以看出肖特基勢(shì)壘整流二極管正向電壓降流二極管正向電壓降UF最小，最小，即使在大的正向電流作用下，即使在大的正向電流作用下，其正向電壓降也很低因而能提其正向電壓降也很低因而能提供較高

37、的效率。超快速恢復(fù)和供較高的效率。超快速恢復(fù)和快速恢復(fù)二極管具有適中的和快速恢復(fù)二極管具有適中的和較高的正向壓降。較高的正向壓降。幾種整流管的性能比較幾種整流管的性能比較幾種典型功率二極管的主要參數(shù)如表幾種典型功率二極管的主要參數(shù)如表6-4所示。所示。幾種整流管的性能比較幾種整流管的性能比較其中，以肖特基二極管其中，以肖特基二極管16CMQ050、超快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管MUR30100A、快恢復(fù)二極管、快恢復(fù)二極管D25-02、高頻硅整流管、高頻硅整流管PR3006的參數(shù)為例，如表的參數(shù)為例，如表6-5所示。所示。幾種整流管的性能比較幾種整流管的性能比較穩(wěn)壓二極管也稱齊納二極管（穩(wěn)壓二

38、極管也稱齊納二極管（Zener Diode）或反向擊）或反向擊穿二極管，利用穿二極管，利用PN結(jié)反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向結(jié)反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特點(diǎn)，通常由硅半導(dǎo)體材料采用合電壓不隨反向電流變化這一特點(diǎn)，通常由硅半導(dǎo)體材料采用合金法或擴(kuò)散法制成，既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可金法或擴(kuò)散法制成，既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦裕挚晒ぷ饔诜聪驌舸顟B(tài)。當(dāng)所加反向電壓小于擊穿電壓時(shí)，和普工作于反向擊穿狀態(tài)。當(dāng)所加反向電壓小于擊穿電壓時(shí)，和普通二極管一樣其反向電流很小，穩(wěn)壓二極管截止；當(dāng)反向電壓通二極管一樣其反向電流很小，穩(wěn)壓二極管截止；當(dāng)反向電

39、壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，反向電流會(huì)突然急劇上升，穩(wěn)壓管反向擊穿。達(dá)到擊穿電壓時(shí)，反向電流會(huì)突然急劇上升，穩(wěn)壓管反向擊穿。擊穿后的特性曲線很陡，流過(guò)穩(wěn)壓管的反向電流在很大范圍內(nèi)擊穿后的特性曲線很陡，流過(guò)穩(wěn)壓管的反向電流在很大范圍內(nèi)(從幾毫安到幾十甚至上百毫安從幾毫安到幾十甚至上百毫安)變化時(shí)，穩(wěn)壓二極管兩端的反變化時(shí)，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓也能保持基本不變，起到穩(wěn)壓作用。向電壓也能保持基本不變，起到穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，只要去掉反向電壓，穩(wěn)壓穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，只要去掉反向電壓，穩(wěn)壓管就會(huì)恢復(fù)正常。但若反向擊穿后電流太大，超過(guò)允許范圍，管就會(huì)恢復(fù)正常。但若反向擊穿后電

40、流太大，超過(guò)允許范圍，穩(wěn)壓二極管就會(huì)發(fā)生熱擊穿而損壞。穩(wěn)壓二極管就會(huì)發(fā)生熱擊穿而損壞。穩(wěn)壓二極管根據(jù)其封裝形式、電流容量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)壓二極管根據(jù)其封裝形式、電流容量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同可以分為多種類型。穩(wěn)壓二極管的封裝形式有金屬外殼封裝、同可以分為多種類型。穩(wěn)壓二極管的封裝形式有金屬外殼封裝、玻璃封裝和塑料封裝，塑封穩(wěn)壓二極管又分為引線型和表面封玻璃封裝和塑料封裝，塑封穩(wěn)壓二極管又分為引線型和表面封裝兩種類型。裝兩種類型。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有：穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有：穩(wěn)定電壓VZ 。指當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管。指當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為某一規(guī)定值時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的壓降。穩(wěn)定電壓溫度的電流為某一規(guī)定

41、值時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的壓降。穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)。在當(dāng)系數(shù)。在當(dāng)VZ低于低于4V時(shí)，時(shí)，VZ為負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊為負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿，當(dāng)穿，當(dāng)VZ的值大于的值大于7V時(shí)，時(shí)，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿，而擊穿，而VZ的值在的值在6V左右時(shí)，其溫度系數(shù)近似為零。目前低溫左右時(shí)，其溫度系數(shù)近似為零。目前低溫度系數(shù)的穩(wěn)壓管是由兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)而成，利用兩只穩(wěn)壓度系數(shù)的穩(wěn)壓管是由兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)而成，利用兩只穩(wěn)壓管處于正反向工作狀態(tài)時(shí)具有正、負(fù)不同的溫度系數(shù)，可得到管處于正反向工作狀態(tài)時(shí)具有正、負(fù)不同的溫度系數(shù)，可得到很好的溫度補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)電阻

42、很好的溫度補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)電阻rZ。穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量與。穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量與電流的變化量的比值。反映了穩(wěn)壓管二極管的穩(wěn)壓特性，其值電流的變化量的比值。反映了穩(wěn)壓管二極管的穩(wěn)壓特性，其值越小，穩(wěn)壓管性能越好。越小，穩(wěn)壓管性能越好。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管耗散功率耗散功率PZ。反向電流通過(guò)穩(wěn)壓二極管的。反向電流通過(guò)穩(wěn)壓二極管的PN結(jié)時(shí)，要產(chǎn)生結(jié)時(shí)，要產(chǎn)生一定的功率損耗，一定的功率損耗，PN結(jié)的溫度也將升高。根據(jù)結(jié)的溫度也將升高。根據(jù)PN結(jié)允許達(dá)到結(jié)允許達(dá)到的工作溫度決定出耗散功率，小功率穩(wěn)壓管的的工作溫度決定出耗散功率，小功率穩(wěn)壓管的PZ值為值為1001000mW，大功率的可達(dá)，大功率的可達(dá)50W。穩(wěn)定電

43、流。穩(wěn)定電流IZ。穩(wěn)壓管正常工。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。穩(wěn)壓二極管工作于穩(wěn)定電壓時(shí)所需的最小反作時(shí)的參考電流。穩(wěn)壓二極管工作于穩(wěn)定電壓時(shí)所需的最小反向電流為最小穩(wěn)定電流向電流為最小穩(wěn)定電流IZmin，穩(wěn)壓二極管允許通過(guò)的最大反，穩(wěn)壓二極管允許通過(guò)的最大反向電流為最大穩(wěn)定電流向電流為最大穩(wěn)定電流IZmax。由于在反向擊穿時(shí)，反向電流不。由于在反向擊穿時(shí)，反向電流不能小于能小于IZmin，否則電壓不穩(wěn)，也不能大于，否則電壓不穩(wěn)，也不能大于IZmax，否則會(huì)燒壞管，否則會(huì)燒壞管子，因此一般都要加限流電阻。子，因此一般都要加限流電阻。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管的用途很多，主要有與電阻配合具有穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓

44、管的用途很多，主要有與電阻配合具有穩(wěn)定電壓的作用，在穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源系統(tǒng)中一般作基準(zhǔn)電源，可以對(duì)漏極作用，在穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源系統(tǒng)中一般作基準(zhǔn)電源，可以對(duì)漏極和源極進(jìn)行箝位保護(hù)，加速開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通，在開(kāi)關(guān)電源中常用和源極進(jìn)行箝位保護(hù)，加速開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通，在開(kāi)關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓管代替瞬態(tài)電壓抑制器高壓穩(wěn)壓管代替瞬態(tài)電壓抑制器TVS對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行箝位，或者在晶體管反饋回路中，在晶體管的發(fā)射極串壓進(jìn)行箝位，或者在晶體管反饋回路中，在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。聯(lián)穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管開(kāi)關(guān)變換器輸出端的紋波電壓

45、是電源的一個(gè)重要電氣性開(kāi)關(guān)變換器輸出端的紋波電壓是電源的一個(gè)重要電氣性能指標(biāo)，直接影響著電源后續(xù)負(fù)載工作的穩(wěn)定性。因此在開(kāi)電能指標(biāo)，直接影響著電源后續(xù)負(fù)載工作的穩(wěn)定性。因此在開(kāi)電源的輸出高頻整流電路中，輸出端往往是一種低電壓大電流的源的輸出高頻整流電路中，輸出端往往是一種低電壓大電流的工作狀態(tài)，其輸出端均要并聯(lián)濾波電容器，以濾除高頻開(kāi)關(guān)電工作狀態(tài)，其輸出端均要并聯(lián)濾波電容器，以濾除高頻開(kāi)關(guān)電流紋波，降低輸出紋波電壓。流紋波，降低輸出紋波電壓。輸出濾波電容器的選取，不僅與最大輸出工作電流和開(kāi)輸出濾波電容器的選取，不僅與最大輸出工作電流和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，還取決于變換器的類型，大多采用大容量電解電關(guān)頻

46、率有關(guān)，還取決于變換器的類型，大多采用大容量電解電容，并且最好是其等效串聯(lián)電阻低的電解電容。容，并且最好是其等效串聯(lián)電阻低的電解電容。輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器的容量計(jì)算實(shí)際的電解電容不是理想的純電容，可以等效成表示電實(shí)際的電解電容不是理想的純電容，可以等效成表示電容器直流漏電流的電導(dǎo)容器直流漏電流的電導(dǎo)G和純電容和純電容C并聯(lián)，然后與等效串聯(lián)電并聯(lián)，然后與等效串聯(lián)電阻阻Rc以及等效串聯(lián)電感以及等效串聯(lián)電感Lc相串聯(lián)，其等效電路如圖相串聯(lián)，其等效電路如圖6-7所示。所示。一般，電導(dǎo)一般，電導(dǎo)G是個(gè)很小的量，可忽略不計(jì)，則電解電容的等效是個(gè)很小的量，可忽略不計(jì)，則電解電容的等效電路可

47、化簡(jiǎn)成電路可化簡(jiǎn)成L、R、C串聯(lián)的元件，如圖串聯(lián)的元件，如圖6-8所示。所示。輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器的容量計(jì)算實(shí)際電解電容的等效阻抗實(shí)際電解電容的等效阻抗Zc表示為表示為實(shí)際電解電容器的阻抗隨工作頻率而變化。在低頻段，實(shí)際電解電容器的阻抗隨工作頻率而變化。在低頻段，電感的作用較小，容抗的作用大于等效串聯(lián)電阻電感的作用較小，容抗的作用大于等效串聯(lián)電阻Rc，阻抗呈容，阻抗呈容性；在高頻段，電感的作用顯著，阻抗呈感性；在中間區(qū)域，性；在高頻段，電感的作用顯著，阻抗呈感性；在中間區(qū)域，在一定頻率范圍內(nèi)，容抗和感抗接近而呈現(xiàn)所謂在一定頻率范圍內(nèi)，容抗和感抗接近而呈現(xiàn)所謂“諧振區(qū)段諧振區(qū)段

48、”，其阻抗主要由其阻抗主要由Rc決定，呈電阻性。決定，呈電阻性。輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器的容量計(jì)算1()ccZRjLC濾波電解電容的濾波電解電容的ESR值對(duì)電源輸出電壓紋波有直接的影響，因值對(duì)電源輸出電壓紋波有直接的影響，因?yàn)闉V波電容器的等效串聯(lián)電阻耗能，功率消耗在電容器內(nèi)部產(chǎn)為濾波電容器的等效串聯(lián)電阻耗能，功率消耗在電容器內(nèi)部產(chǎn)生熱量，電解電容的生熱量，電解電容的ESR值過(guò)大，產(chǎn)生的熱量也就大，對(duì)電容值過(guò)大，產(chǎn)生的熱量也就大，對(duì)電容器的使用壽命有直接的影響，故輸出濾波電容器大多數(shù)選用低器的使用壽命有直接的影響，故輸出濾波電容器大多數(shù)選用低ESR值的電解電容。有關(guān)輸出濾波電容器容

49、量的計(jì)算有許多種值的電解電容。有關(guān)輸出濾波電容器容量的計(jì)算有許多種方法，一種是按允許的紋波電流方法，一種是按允許的紋波電流IL確定電容器的容量，一種是確定電容器的容量，一種是按紋波電壓的要求，根據(jù)輸出電容在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通或截止期間，按紋波電壓的要求，根據(jù)輸出電容在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通或截止期間，電容器上充、放電電荷的變化量為依據(jù)，確定計(jì)算濾波電容器電容器上充、放電電荷的變化量為依據(jù)，確定計(jì)算濾波電容器的容量。輸出濾波電容器不僅容量要大，而且高頻性能要好。的容量。輸出濾波電容器不僅容量要大，而且高頻性能要好。這樣，不但減小輸出端的紋波，而且因負(fù)載變化時(shí)輸出電壓產(chǎn)這樣，不但減小輸出端的紋波，而且因負(fù)載變化時(shí)輸出

50、電壓產(chǎn)生的瞬變值生的瞬變值UO也會(huì)減小。根據(jù)也會(huì)減小。根據(jù)UO變化的大小計(jì)算輸出濾波變化的大小計(jì)算輸出濾波電容器的電容量可分兩種情況，一種是輸出端的負(fù)載變化由空電容器的電容量可分兩種情況，一種是輸出端的負(fù)載變化由空載到滿載，另一種是由滿載變成空載。載到滿載，另一種是由滿載變成空載。以正激變換器開(kāi)關(guān)電源作瞬態(tài)分析，輸出電路如圖以正激變換器開(kāi)關(guān)電源作瞬態(tài)分析，輸出電路如圖6-9所示。所示。（1）由空載到滿載）由空載到滿載當(dāng)負(fù)載突然變化引起輸出電流由零變化到額定值時(shí)，即當(dāng)負(fù)載突然變化引起輸出電流由零變化到額定值時(shí)，即IOIL，輸出電壓，輸出電壓UO變化變化UO，這時(shí)計(jì)算輸出濾波電容器容，這時(shí)計(jì)算輸出

51、濾波電容器容量時(shí)，需要考慮電容器的等效串聯(lián)電阻量時(shí)，需要考慮電容器的等效串聯(lián)電阻Rc。由于串聯(lián)在輸出端。由于串聯(lián)在輸出端的濾波電感的濾波電感LO的作用，電流不能突變，為了維持輸出電壓不變，的作用，電流不能突變，為了維持輸出電壓不變，必須由輸出電容器必須由輸出電容器CO上的放電電流的改變來(lái)補(bǔ)償負(fù)載電流的變上的放電電流的改變來(lái)補(bǔ)償負(fù)載電流的變化。電容器存在著等效串聯(lián)電阻化。電容器存在著等效串聯(lián)電阻Rc和電容和電容CO，故在放電過(guò)程，故在放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壓降。中會(huì)產(chǎn)生壓降。輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器的容量計(jì)算當(dāng)輸出電流變化當(dāng)輸出電流變化IO時(shí)，在電容器等效電阻時(shí)，在電容器等效電阻Rc上的

52、電壓上的電壓變化為變化為RcIO，并且電容，并且電容C的電壓變化的電壓變化 ，引起輸出電壓，引起輸出電壓變化變化UO。在負(fù)載電流改變時(shí)，電容器的等效電感。在負(fù)載電流改變時(shí)，電容器的等效電感Lc將力圖使將力圖使負(fù)載電流保持原來(lái)的值，由負(fù)載電流保持原來(lái)的值，由Lc引起的延遲取決于時(shí)間常引起的延遲取決于時(shí)間常數(shù)數(shù) 。對(duì)高頻電容器來(lái)說(shuō)，由于等效串聯(lián)電感。對(duì)高頻電容器來(lái)說(shuō)，由于等效串聯(lián)電感ESL很小，很小， 一般很小，與負(fù)載變化所需的時(shí)間相比可忽略不計(jì)。一般很小，與負(fù)載變化所需的時(shí)間相比可忽略不計(jì)。所以，電容器的所以，電容器的Lc上引起的電壓脈動(dòng)可以忽略，因此輸出電壓上引起的電壓脈動(dòng)可以忽略，因此輸出電

53、壓變?yōu)椋鹤優(yōu)椋涸O(shè)設(shè) 為恢復(fù)時(shí)間，計(jì)算輸出濾波電容器容量的公式是：為恢復(fù)時(shí)間，計(jì)算輸出濾波電容器容量的公式是：()OOCtUI RC/()ORCOUCtRI1OI tC()CLRRRt（2）由滿載到空載）由滿載到空載當(dāng)負(fù)載從滿載突變到空載，即輸出電流變化當(dāng)負(fù)載從滿載突變到空載，即輸出電流變化IO-IO時(shí)，由于時(shí)，由于濾波電感的作用，在濾波電感中儲(chǔ)存的能量濾波電感的作用，在濾波電感中儲(chǔ)存的能量 向電容器充向電容器充電，穩(wěn)壓電源輸出產(chǎn)生過(guò)沖電壓電，穩(wěn)壓電源輸出產(chǎn)生過(guò)沖電壓UP，滿載時(shí)儲(chǔ)存在電感中的能，滿載時(shí)儲(chǔ)存在電感中的能量將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輧?chǔ)存的能量，計(jì)算公式如下：量將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輧?chǔ)存的能量，計(jì)算公式如下

54、：其中其中 為輸出電壓上沖的最大幅度，為輸出電壓上沖的最大幅度，IL為流過(guò)電感為流過(guò)電感L的電流。當(dāng)?shù)碾娏?。?dāng)負(fù)載電流為最大值負(fù)載電流為最大值Iomax時(shí)突然去掉負(fù)載，則濾波電容為時(shí)突然去掉負(fù)載，則濾波電容為輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器的容量計(jì)算12LL I222max11()22ooLC UUL ImaxoU2max22maxoooL ICUUC應(yīng)取上述兩種近似解法中較大的電容值。應(yīng)取上述兩種近似解法中較大的電容值。輸出紋波電壓的幅值和電感輸出紋波電壓的幅值和電感L、電容、電容C的乘積成反比，增的乘積成反比，增大大L和增大和增大C同樣可以減小輸出紋波。但是，突然去掉負(fù)載時(shí)輸同樣可以

55、減小輸出紋波。但是，突然去掉負(fù)載時(shí)輸出電壓的上沖幅度隨電感出電壓的上沖幅度隨電感L的增大而增大，隨電容的增大而增大，隨電容C的增大而減的增大而減小，因此，應(yīng)盡可能選用小的電感小，因此，應(yīng)盡可能選用小的電感L、增大電容、增大電容C。這樣會(huì)使輸。這樣會(huì)使輸出濾波器有一個(gè)較低的浪涌阻抗，對(duì)于負(fù)載變化時(shí)開(kāi)關(guān)電源的出濾波器有一個(gè)較低的浪涌阻抗，對(duì)于負(fù)載變化時(shí)開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)反應(yīng)會(huì)十分靈敏，有理想的瞬態(tài)特性。輸出濾波電容器，瞬態(tài)反應(yīng)會(huì)十分靈敏，有理想的瞬態(tài)特性。輸出濾波電容器，不僅容量要大，而且高頻性能要好。這樣，不但能使輸出端的不僅容量要大，而且高頻性能要好。這樣，不但能使輸出端的紋波小，而且使輸出電壓因

56、負(fù)載變化時(shí)而產(chǎn)生的瞬變值紋波小，而且使輸出電壓因負(fù)載變化時(shí)而產(chǎn)生的瞬變值UO也也會(huì)減小。會(huì)減小。輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器的容量計(jì)算輸出濾波電容器，由于開(kāi)關(guān)電源瞬態(tài)特性的要求，目前輸出濾波電容器，由于開(kāi)關(guān)電源瞬態(tài)特性的要求，目前采用大容量鋁電解電容器。電解電容器的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大，采用大容量鋁電解電容器。電解電容器的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大，體積小。電解電容器的電容量和體積之比大于其它電容器。但體積小。電解電容器的電容量和體積之比大于其它電容器。但由于鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻較大，介質(zhì)損耗隨頻率升高由于鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻較大，介質(zhì)損耗隨頻率升高而增加，隨溫度降低而增加，并具有較大

57、的串聯(lián)電感，電容器而增加，隨溫度降低而增加，并具有較大的串聯(lián)電感，電容器的充放電過(guò)程產(chǎn)生紋波電壓，因而一般的鋁殼電解電容器屬于的充放電過(guò)程產(chǎn)生紋波電壓，因而一般的鋁殼電解電容器屬于低頻電容器，適用于工作頻率在低頻電容器，適用于工作頻率在25kHz以下的場(chǎng)合使用。以下的場(chǎng)合使用。在工作于較高頻率的開(kāi)關(guān)電源中，特別是反激式電源，在工作于較高頻率的開(kāi)關(guān)電源中，特別是反激式電源，由于電流中有尖峰存在，實(shí)際加在電容端的頻率遠(yuǎn)高于其工作由于電流中有尖峰存在，實(shí)際加在電容端的頻率遠(yuǎn)高于其工作頻率。隨著頻率的升高，在額定阻抗頻率。隨著頻率的升高，在額定阻抗 情況下相當(dāng)情況下相當(dāng)于電容器的容量逐步下降，故在高頻

58、運(yùn)用時(shí)需要選用其它類型于電容器的容量逐步下降，故在高頻運(yùn)用時(shí)需要選用其它類型的電容器，如性能較好的高頻鋁電解電容器或聚丙烯電容器。的電容器，如性能較好的高頻鋁電解電容器或聚丙烯電容器。1/ 2cXfc一般，穩(wěn)壓電源專用的輸出鋁電解電容器耐溫可達(dá)一般，穩(wěn)壓電源專用的輸出鋁電解電容器耐溫可達(dá)105，諧振頻率的上限約有數(shù)百，諧振頻率的上限約有數(shù)百kHz，因而，對(duì)于工作在，因而，對(duì)于工作在20kHz以內(nèi)的濾波電解電容，以內(nèi)的濾波電解電容，Lc的作用可以忽略，可看作是的作用可以忽略，可看作是Rc和純電容和純電容C相串聯(lián)。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率增加時(shí)，大多數(shù)電解電容器都相串聯(lián)。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率增加時(shí)，大多數(shù)電解電容器都能確

59、保工作頻率達(dá)到能確保工作頻率達(dá)到100kHz時(shí)，仍然具有很低的等效串聯(lián)電時(shí)，仍然具有很低的等效串聯(lián)電阻值。阻值。為了減小等效串聯(lián)電感為了減小等效串聯(lián)電感RL和電阻和電阻Rc，最常用的還是采取，最常用的還是采取兩個(gè)或多于兩個(gè)的小容量電解電容器并聯(lián)來(lái)等效一個(gè)大電容，兩個(gè)或多于兩個(gè)的小容量電解電容器并聯(lián)來(lái)等效一個(gè)大電容，其濾波性能可得到較大的改善。多個(gè)電解電容器并聯(lián)使用時(shí)，其濾波性能可得到較大的改善。多個(gè)電解電容器并聯(lián)使用時(shí)，電解電容器的引線要盡可能地短，計(jì)算總電容值還得考慮電容電解電容器的引線要盡可能地短，計(jì)算總電容值還得考慮電容中等效的中等效的L、R、C值。性能良好的聚丙烯電容有較低的等效電值。

60、性能良好的聚丙烯電容有較低的等效電阻和低的損耗，將得到廣泛應(yīng)用，不過(guò)體積較大。阻和低的損耗，將得到廣泛應(yīng)用，不過(guò)體積較大。磁珠磁珠(Ferrite Bead)是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾器件，廉價(jià)、方便、濾除高頻噪聲效果顯著。磁珠專用于抑制器件，廉價(jià)、方便、濾除高頻噪聲效果顯著。磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。通常噪聲濾波器只能吸收已發(fā)生的噪聲，屬于被動(dòng)沖的能力。通常噪聲濾波器只能吸收已發(fā)生的噪聲，屬于被動(dòng)抑制型，磁珠則不同，它能抑制開(kāi)關(guān)噪聲的產(chǎn)生，利用其電感抑制