在RCD鉗位電路中二極管D的選擇(一)

在RCD鉗位電路中二極管D的選擇（一）2014-06-25來源：電子信息網(wǎng)最近有朋友對RCD鉗位電路中二極管D的選擇產(chǎn)生了疑問。雖然二極管對大家來說并不陌生，但是其在RCD鉗位電路中的應(yīng)用卻少有人討論。于是專門針對這個問題動手進行了一些實驗和求證，得出了一些理論和實際經(jīng)驗，今天就拿出和大家分享一下。計算誤差大的其中一個原因是二極管的開關(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假設(shè)-即二極管是理想的開關(guān)，正向?qū)〞r間是0，反向恢復(fù)時間也是0。于是由初級漏感而引起的所有的能耗都消耗在了電阻Rsn上。由這個公式計算出來的電阻數(shù)值比起實際的參數(shù)通常要小很多。大家可能會有這樣的經(jīng)驗-選擇越慢的二極管（反向恢復(fù)時間長），則這個計算的誤差就越大。比如說在談?wù)凴CD的計算結(jié)果為何與實驗參數(shù)出入很大中的例子里，用的是反向恢復(fù)實際只有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，那么情況會大不一樣了?，F(xiàn)在有的線路中使用開關(guān)速度很慢1N4007。在之前沒有提到用慢速二極管而造成的計算誤差，是因為如果使用1N4007,那么就不用算了。因為誤差會大到“計算本身完全失去了意義”。給大家一個直觀的例子-在上個帖子的例子中計算出的電阻數(shù)值是33K,如果二極管用1N4007的話，實際上270K的電阻就可以了。說起二極管的開關(guān)特性，大家都會想到“二極管的反向恢復(fù)時間”。這也是衡量一個二極管開關(guān)速度的主要參數(shù)。大家對此都很熟悉。不過，下面我想先談?wù)劧O管的正向恢復(fù)時間。對于“二極管正向恢復(fù)時間”，好像關(guān)心的人很少。讓我們先來看一下反激電源MOS管Vds的波形。一般的RCD計算的資料中的圖形是這樣的：II3II3上面的波形是理想的樣子，把二極管看成了一個理想的開關(guān)。很多講RCD計算的AN里都是這樣的。而實際上的波形會有些不同，比如說我之前的帖子中的例子。波形是下面的樣子：

實際的波形非但遠沒有理想的波形漂亮，還有一個很高的尖峰。這個尖峰超過50-60V。單憑這一點計算公式就有了很大誤差了。下面的圖中-藍色的是二極管UF4007的正極波形，黃色是二極管的負極。2NoiseFilter01f50.0V50.0V13'1K--130VMax2NoiseFilter01f50.0V50.0V13'1K--130VMaxLow 113?.11^8:17由圖中看到二極管在Vds上升后，并沒有能很快地導(dǎo)通。在開始的幾十至一百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-換句話說也就是二極管沒有導(dǎo)通。后來終于也有人開始正視這個問題了，比較近期的資料上已經(jīng)清楚的標(biāo)出了這個由于二極管正向?qū)ㄑ訒r而造成的尖峰。

Clamp-DiodeForwardRecoverLeakage-InductanceClamp-DiodeForwardRecoverDemagnetizationPrimaryMOSFETV4^[nPrimaryMOSFET電子借懇網(wǎng)大多數(shù)的二極管制造商都不會在datasheet中給出這個“正向恢復(fù)時間”的參數(shù)。于是大家也一直覺得相對于反向的恢復(fù)時間，正向?qū)ㄊ窍喈?dāng)快的，可以忽略不計。事實上，在某些快速開關(guān)的場合，這個參數(shù)還是要考慮的。在MUR260的規(guī)格書中給出的正向恢復(fù)時間是50ns?？磥肀萓F4007要快。ELECTRICALCHARA.CTERISTICSCharacteristicsSymbdValueUnitManimurn1陽也ntan豈bum fN&te2)佩nAmp,Tj=IW^G)(1#=2.0Amp.T.i=2&^C)1.15135VMaTrimiimInatanTan&o-usReviseGu?rent\Nale2}(RarteddeVollage.Tj150(C}(RateddeVoha^e,Tj=25°Q)■fti150S.DIJA腎収imuriiReverse-R^ovsryTimeOf■1.GAmp.di-da=50Amp^sj(If=0-5Ajttp,lR=10Artrtpij.Sew=&-25A)tn75nsManimiimFor.riarciRecoveryTime? 50(Li=1.0A,di.'dt士100A'ps.[陲匚tof.CV) B2尸ulscTestFulss ■3QQ|J5.DutyCycle5Z.O%.這里并不想深入討論“正向恢復(fù)”這個參數(shù)。由于這個參數(shù)會對RCD的線路多少有些影響，所以想比較一下不同開關(guān)速度的二極管的正向?qū)ㄌ匦缘牟町愐韵碌睦又羞€是用“談?wù)凴CD的計算結(jié)果為何與實驗參數(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：初級電感Lp=205uH;初級漏感Llk=5.5uH(@1KHz);用LC諧振的方法測得：Llk=2.1uH

開關(guān)頻率fs=76KHz初級電流Ipeak=3.13A（輸出12.4V/5A）鉗位電壓Vsn=210V反射電壓Vor=85V;Vin=140Ve<1CHz-50.0V50.0V31:27iMaiiiLow350.0VNoiseFilterO1fUF4O^7一1缶閒30血][■■止一老也甲11:^18:17NoiseFilter01fe<1CHz-50.0V50.0V31:27iMaiiiLow350.0VNoiseFilterO1fUF4O^7一1缶閒30血][■■止一老也甲11:^18:17NoiseFilter01fFR107NoiseFiltertiff1N4007hIDHg：1197131V.|細間n -130V'^QOns"-25.896Ojus? - 砌iI77~帀OMin-140V[O^-92.0V <10Hz]~?血 2127~LOLowU2V,11!3^2650.0VhffQ50.QVE^jPreVy上圖中是用三種不同開關(guān)速度（反向恢復(fù)時間）的二極管UF4007、FR107和1N4007來作比較?？梢园l(fā)現(xiàn)其正向恢復(fù)時間是差不多的。如果真的要仔細比較的話，那么UF4007好像要導(dǎo)通的稍微慢一點兒。上面各波形對應(yīng)的RCD參數(shù)如下：E-仙212VUF40QI7■3snE-仙212VUF40QI7■3sn10nFRsn珈團二g冋D7IOnFI20K岡三212V27^那么如果電阻Rsn=39K和電容Csn=1OnF不變，而只改變二極管呢？

EfS2NoiseFilterO1fUF4007208VEO.OV10:03MSNoiseFilter01fFR107178V.667kHz50.0V!09l58!38NoiseFilterOi1N4007170V50.0V50.0-120V88.0iMajiiMsk118V胡DHg■iw：2iO87EfS2NoiseFilterO1fUF4007208VEO.OV10:03MSNoiseFilter01fFR107178V.667kHz50.0V!09l58!38NoiseFilterOi1N4007170V50.0V50.0-120V88.0iMajiiMsk118V胡DHg■iw：2iO8711E距子—170llO!06:53■■Max店 一盟於同妙][—汽弧0ViMin -僅訓(xùn) 巒血iMin 118V 海湘Kns-56.900Ojus-jMinIMinns -52』別0川5Sn -146VIMin 130Vso.ov由上面的圖中看出-鉗位電壓Vsn隨著二極管的反向恢復(fù)時間的加長而顯著下降。使用反向恢復(fù)時間長的二極管（其作用）：第一、可以使鉗位電壓Vsn降低。

第二、1N4007不但能降低Vsn,還大大降低了初級漏感Llk與MOS管Coss諧振的幅度（有利于改善EMI）?？匆豢磳嶒炛械倪@幾種最常用的的二極管的反向恢復(fù)時間。廠家二極管反向恢復(fù)時間fairchiIdUF400775nsVishayUF400775nsDIODESFR1O7500nsMCCFR1O7 :500nsGoodArk1N40Q7I 2us通用半導(dǎo)體1N4007DIODES1N4007對于UF4007和FR107,看了一些廠家的datasheet,其反向恢復(fù)時間是完全一樣的。然而，1N4007就不同了。像GoodArk的1N4007,反向恢復(fù)時間Trr只有2us（還是比較快的），但通用半導(dǎo)體的1N4007有30us之多。還有的廠家沒有注明反向恢復(fù)時間的，可能比30us還要長。所以PI的資料中講，不要用沒有標(biāo)明反向恢復(fù)時間的1N4007。上面實驗中用的1N4007，我手上沒有規(guī)格書。無從知道反向恢復(fù)時間Trr是多少，只能自己測一下了。1WSCtfJNI:Net ：0矣NAW 1WSCtfJNI:Net ：0矣NAW -5WPC三呂Dt^lLtl￥LlrxhMT63.1專35生-1.QAFig5Fteversa-RscCiveryTimeCharactBd&ijc-indTestGkcuilNoeeB：iRiseTrme-T.OrramasI幣il站叩Rfianm=1OMSL22pFJRise-Tkn?=10nsribk|仃聲jeIe口edarx;?=Sfrll&slHer電子信扈朋Puiae我用的數(shù)值和上圖中的參數(shù)不是完全一樣，但接近。r>TelPreVu200mV|10!?!l0iManiMinNoiseFilterO1f5耶r>TelPreVu200mV|10!?!l0iManiMinNoiseFilterO1f5耶m2巧創(chuàng)V1,叩屈 1創(chuàng)000川可廂二-；亦” C1D網(wǎng)iMan 1.9&yj子]iLow -612mfl由于開關(guān)的原因，有些noise。但不影響測量。[iNoiseFilter01f上|<1CHz200mV@21.000ns-S^I.OmV[iNoiseFilter01f上|<1CHz200mV@21.000ns-S^I.OmV亠2』頸J*占,[WfF訃鄒』他SMax 仙&毎手;OLoiu -ET2嗣r10:?[l.OOJlis 1.^00OjusO財 ^8m70Min 巧創(chuàng)V實際測得的反向恢復(fù)時間大概是2us，還不錯。按照上面的線路圖搭就行了。第一、先把左邊的電源接通，讓二極管正向?qū)?。?dǎo)通電流1A左右。如果沒有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，這時候二極管相當(dāng)于是在一定時間內(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、得到類似上面的電流波形。由反向電流開始建立到電流下降到最大電流的25%的這段時間，就是反向恢復(fù)時間Trr。F面來看看反向恢復(fù)時間Trr為什么會對RCD的鉗位電壓有影響。39KVION*-iUF400739KVION*-iUF4007；十電子宿息網(wǎng)圖中藍色線為二極管UF4007（+）的電壓波形，也就是Vsn。黃色線為二極管（-），或者說是電容Csn上的電壓。（示波器的地接Vin）?M聲 >102VAACBLou 124T?M聲 >102VAACBLou 124T-EF兩（Wa1355；第一、圖中二極管正向?qū)ê髮﹄娙軨sn充電，至A點充電完成。之后二極管正極電壓開始低于負