二极管

1. 基本概念

二极管由管芯、管壳和两个电极构成。管芯就是一个PN结,在PN结的两端各引出一个引线,并用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳,就构成了晶体二极管,如下图所示。P区的引出的电极称为正极或阳极,N区的引出的电极称为负极或阴极。


1.1 二极管的伏安特性

二极管的伏安特性是指加在二极管两端电压和流过二极管的电流之间的关系,用于定性描述这两者关系的曲线称为伏安特性曲线。通过晶体管图示仪观察到硅二极管的伏安特性如下图所示。


1.2 正向特性

1)外加正向电压较小时,二极管呈现的电阻较大,正向电流几乎为零,曲线OA段称为不导通区或死区。一般硅管的死区电压约为0.5伏, 锗的死区电压约为0.2伏,该电压值又称门坎电压或阈值电压。

2)当外加正向电压超过死区电压时,PN结内电场几乎被抵消,二极管呈现的电阻很小,正向电流开始增加,进入正向导通区,但此时电压与电流不成比例如AB段。随外加电压的增加正向电流迅速增加,如BC段特性曲线陡直,伏安关系近似线性,处于充分导通状态。

3)二极管导通后两端的正向电压称为正向压降(或管压降),且几乎恒定。硅管的管压降约为0.7V,锗管的管压降约为0.3V。

1.3 反向特性

1)二极管承受反向电压时,加强了PN结的内电场,二极管呈现很大电阻,此时仅有很小的反向电流。如曲线OD段称为反向截止区,此时电流称为反向饱和电 流。实际应用中,反向电流越小说明二极管的反向电阻越大,反向截止性能越好。一般硅二极管的反向饱和电流在几十微安以下,锗二极管则达几百微安,大功率二 极管稍大些。

2)当反向电压增大到一定数值时(图中D点),反向电流急剧加大,进入反向击穿区,D点对应的电压称为反向击穿电压。二极管被击穿后电流过大将使管子损坏,因此除稳压管外,二极管的反向电压不能超过击穿电压。

2. 整流电路

2.1 单向半波整流电路

二极管就像一个自动开关,u2为正半周时,自动把电源与负载接通,u2为负半周时,自动将电源与负载切断。因此,由下图可见,负载上得到方向不变、大小变 化的脉动直流电压uo如下图所示。由于该电路只在u2的正半周有输出,所以称为半波整流电路。如果将整流二极管的极性对调,可获得负极性的直流脉动电压。


2.2 全波整流电路


整流原理:

设变压器二次侧的电压为:

1)当u2为正半周时,A点电位最高,V点电位最低,二极管V1和V3导通,V2和V4截止,电流的通路是 A→V1→RL→V3→B。

2)当u2为负半周时,B点电位最高,A点电位最低,二极管V2和V4导通,V1和V3截止,电流的通路是 B→V2→RL→V4→A。

可见,在u2变化的一个周期内,负载RL上始终流过自上而下的电流,其电压和电流的波形为一全波脉动直流电压和电流,如下图所示。


3. 滤波电路

整流电路将交流电变为脉动直流电,但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。为此需要将脉动直流中的交流成分滤除掉,这一过程称为滤波。

3.1 电容滤波

电容滤波的特点为:

1)输出电压平均值的大小与滤波电容C及负载电阻RL的大小有关,C的容量或RL的阻值越大,其放电速度越慢,输出电压也越大,滤波效果越好。
2)在采用大容量滤波电容时,接通电源的瞬间充电电流特别大。电容滤波器结构简单,负载直流电压UL较高,纹波也较小,但是输出特性较差,故适用于负载电压较高,负载变动不大的场合。


参数选择:

1) 输出电压:UL=U2(半波) UL=1.2*U2(全波或桥式)

2) 电容的选择:C> =(0.03~0.05)/RL

3) 二极管的选择:Urm=1.41*U2

3.2 电感滤波

电感滤波器特点:由于自感电动势的作用使二极管的导通角比电容滤波电路时增大,流过二极管的峰值电流减小,外特性较好,带负载能力较强。电感滤波电路主要用于电容滤波器难以胜任的大电流负载或负载经常变化的场合,在小功率电子设备中很少使用。


对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。
对谐波分量: f 越高,XL 越大,电压大部分降在XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。
当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压约为:UL=0.9U2

3.3 RC – pai型滤波

在电流较小、要求不高的情况下,常用电阻代替电感L,构成RC-pai型滤波器。它成本低、体积小,滤波效果好。但由于电阻要消耗功率,所以电源的损耗功率较大,电源的效率降低,一般适用于输出电流小的场合。


4. 稳压二极管


当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流Iz在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数。

来源:畅学电子

围观 6

一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程

在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。在0―t1时间内,输入为+VF,二极管导通,电路中有电流流通。

设VD为二极管正向压降(硅管为0.7V左右),当VF远大于VD时,VD可略去不计,则

在t1时,V1突然从+VF变为-VR。在理想情况下 ,二极管将立刻转为截止,电路中应只有很小的反向电流。但实际情况是,二极管并不立刻截止,而是先由正向的IF变到一个很大的反向电流IR=VR/RL,这个电流维持一段时间tS后才开始逐渐下降,再经过tt后 ,下降到一个很小的数值0.1IR,这时二极管才进人反向截止状态,如下图所示。

通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中tS称为存储时间,tt称为渡越时间,tre=ts+tt称为反向恢复时间。 由于反向恢复时间的存在,使二极管的开关速度受到限制。

二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应

产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压VF时,载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时P区空穴向N区扩散,N区电子向P区扩散,这样,不仅使势垒区(耗尽区)变窄,而且使载流子有相当数量的存储,在P区内存储了电子,而在N区内存储了空穴 ,它们都是非平衡少数载流于,如下图所示。

空穴由P区扩散到N区后,并不是立即与N区中的电子复合而消失,而是在一定的路程LP(扩散长度)内,一方面继续扩散,一方面与电子复合消失,这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴,并建立起一定空穴浓度分布,靠近结边缘的浓度最大,离结越远,浓度越小 。正向电流越大,存储的空穴数目越多,浓度分布的梯度也越大。电子扩散到P区的情况也类似,下图为二极管中存储电荷的分布。

我们把正向导通时,非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。

当输入电压突然由+VF变为-VR时P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失,但它们将通过下列两个途径逐渐减少:① 在反向电场作用下,P区电子被拉回N区,N区空穴被拉回P区,形成反向漂移电流IR,如下图所示;

②与多数载流子复合。

在这些存储电荷消失之前,PN结仍处于正向偏置,即势垒区仍然很窄,PN结的电阻仍很小,与RL相比可以忽略,所以此时反向电流IR=(VR+VD)/RL。VD表示PN结两端的正向压降,一般 VR>>VD,即 IR=VR/RL。在这段期间,IR基本上保持不变,主要由VR和RL所决定。经过时间ts后P区和N区所存储的电荷已显著减小,势垒区逐渐变宽,反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值,经过时间tt,二极管转为截止。

由上可知,二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程,实质上由于电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。

二极管和一般开关的不同在于,“开”与“关”由所加电压的极性决定, 而且“开”态有微小的压降V f,“关”态有微小的电流i0。当电压由正向变为反向时, 电流并不立刻成为(- i0) , 而是在一段时间ts 内, 反向电流始终很大, 二极管并不关断。经过ts后, 反向电流才逐渐变小, 再经过tf 时间, 二极管的电流才成为(- i0) , ts 称为储存时间, tf 称为下降时间。tr= ts+ tf 称为反向恢复时间, 以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的, 反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr 短, 则二极管在正、反向都可导通, 起不到开关作用。

来源:电源研发精英圈

围观 5

二极管的参数解释

常规参数:正向压降、反向击穿电压、连续电流、反向漏电等;
交流参数:开关速度、反向恢复时间、截止频率、阻抗、结电容等;
极限参数:最大耗散功率、工作温度、存贮条件、最大整流电流等。

一、常规参数

正向导通压降

压降:二极管的电流流过负载以后相对于同一参考点的电势(电位)变化称为电压降,简称压降。
导通压降:二极管开始导通时对应的电压。
正向特性:在二极管外加正向电压时,在正向特性的起始部分,正向电压很小,不足以克服PN结内电场的阻挡作用,正向电流几乎为零。当正向电压大到足以克服PN结电场时,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。
反向特性:外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。反向电压增大到一定程度后,二极管反向击穿。

正向导通压降与导通电流的关系

在二极管两端加正向偏置电压时,其内部电场区域变窄,可以有较大的正向扩散电流通过PN结。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)以后,二极管才能真正导通。但二极管的导通压降是恒定不变的吗?它与正向扩散电流又存在什么样的关系?通过下图1的测试电路在常温下对型号为SM360A的二极管进行导通电流与导通压降的关系测试,可得到如图2所示的曲线关系:正向导通压降与导通电流成正比,其浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V,但对于功率二极管来说它不仅影响效率也影响二极管的温升,所以在价格条件允许下,尽量选择导通压降小、额定工作电流较实际电流高一倍的二极管。

正向导通压降与环境的温度的关系

在我们开发产品的过程中,高低温环境对电子元器件的影响才是产品稳定工作的最大障碍。环境温度对绝大部分电子元器件的影响无疑是巨大的,二极管当然也不例外,在高低温环境下通过对SM360A的实测数据表1与图3的关系曲线可知道:二极管的导通压降与环境温度成反比。在环境温度为-45℃时虽导通压降最大,却不影响二极管的稳定性,但在环境温度为75℃时,外壳温度却已超过了数据手册给出的125℃,则该二极管在75℃时就必须降额使用。这也是为什么开关电源在某一个高温点需要降额使用的因素之一。

表 1 导通压降与导通电流测试数据

最大整流电流IF

是指二极管长期连续工作时,允许通过的最大正向平均电流值,其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热,温度上升,温度超过容许限度(硅管为141左右,锗管为90左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下,二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如,常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

最高反向工作电压Udrm

加在二极管两端的反向电压高到一定值时,会将管子击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电压值。例如,IN4001二极管反向耐压为50V,IN4007反向耐压为1000V。

反向电流Idrm

反向电流是指二极管在常温(25℃)和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系,大约温度每升高10℃,反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管,在25℃时反向电流若为250uA,温度升高到35℃,反向电流将上升到500uA,依此类推,在75℃时,它的反向电流已达8mA,不仅失去了单方向导电特性,还会使管子过热而损坏。又如,2CP10型硅二极管,25℃时反向电流仅为5uA,温度升高到75℃时,反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。

一般硅管的反向电流比锗管小得多,小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级,小功率锗管在μA数量级。温度升高时,半导体受热激发,少数载流子数目增加,反向饱和电流也随之增加。

二极管漏电流与反向电压的关系

在二极管两端加反向电压时,其内部电场区域变宽,有较少的漂移电流通过PN结,形成我们所说的漏电流。漏电流也是评估二极管性能的重要参数,二极管漏电流过大不仅使其自身温升高,对于功率电路来说也会影响其效率,不同反向电压下的漏电流是不同的,关系如图4所示:反向电压愈大,漏电流越大,在常温下肖特基管的漏电流可忽略。

二极管漏电流与环境温度的关系

其实对二极管漏电流影响最大的还是环境温度,下图5是在额定反压下测试的关系曲线,从中可以看出:温度越高,漏电流越大。在75℃后成直线上升,该点的漏电流是导致二极管外壳在额定电流下达到125℃的两大因素之一,只有通过降额反向电压和正向导通电流才能降低二极管的工作温度。

电压温度系数αuz

αuz指温度每升高一摄氏度时的稳定电压的相对变化量。uz为6v左右的稳压二极管的温度稳定性较好

二、最大额定值 ——极限参数

最大反向峰值电压VRM
即使没有反向电流,只要不断地提高反向电压,迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压,不是瞬时电压,而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压,它的最大值是规定的重要因子。  

最大直流反向电压VR
上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压,VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路,最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。 

最大浪涌电流Isurge  
允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流,而是瞬间电流,这个值相当大。  

最大平均整流电流IO  
在半波整流电路中,流过负载电阻的平均整流电流的最大值。这是设计时非常重要的值。 

最大交流输入电压VI  
在半波整流电路(电阻负荷)上加的正弦交流电压的有效值。这也是选择整流器时非常重要的参数。最大峰值正向电流IFM 正向流过的最大电流值,这也是设计整流电路时的重要参数。  

最大功率P  
二极管中有电流流过,就会吸热,而使自身温度升高。最大功率P为功率的最大值。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管,可变电阻二极管显得特别重要。  

反向电流IR  
一般说来,二极管中没有反向电流流过,实际上,加一定的反向电压,总会有电流流过,这就是反向电流。不用说,好的二极管,反向电流较小。  

反向恢复时间tre
指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。从正向电压变成反向电压时,理想情况是电流能瞬时截止,实际上,一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量,就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度,但不一定说这个值小就好。

IF— 最大平均整流电流。
指二极管工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值,并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。

VR— 最大反向工作电压。
指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值,则反向电流(IR)剧增,二极管的单向导电性被破坏,从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V,1N4007的VR为1OOOV.

IR— 反向电流。
指二极管未击穿时反向电流值。温度对IR的影响很大。例如1N4000系列二极管在100°C条件IR应小于500uA;在25°C时IR应小于5uA。

VR— 击穿电压。
指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时,则指给定反向漏电流条件下的电压值。

三、交流参数

CO— 零偏压电容。
指二极管两端电压为零时,扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的,由于制造工艺的限制,即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围,若测试条件改变,则相应的参数也会发生变化,例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于1OuA,而在 100°C时IR则变为小于500uA。

我们知道二极管具有容易从P型向N型半导体通过电流,而在相反方向不易通过的的特性。这两种特性合起来就产生了电容器的作用,即蓄积电荷的作用。蓄积有电荷,当然要放电。放电可以在任何方向进行。而二极管只在一个方向有电流流过这种说法,严格来说是不成立的。这种情况在高频时就明显表现出来。因此,二极管的极电容以小为好。

动态电阻Rd
二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。

最高工作频率Fm
Fm是二极管工作的上限频率。因二极管与PN结一样,其结电容由势垒电容组成。所以Fm的值主要取决于PN结结电容的大小。若是超过此值。则单向导电性将受影响。

二极管反向恢复时间
如图6所示,二极管的反向恢复时间为电流通过零点由正向转换成反向,再由反向转换到规定低值的时间间隔,实际上是释放二极管在正向导通期间向PN结的扩散电容中储存的电荷。反向恢复时间决定了二极管能在多高频率的连续脉冲下做开关使用,如果反向脉冲的持续时间比反向恢复时间短,则二极管在正向、反向均可导通就起不到开关的作用。PN结中储存的电荷量与反向电压共同决定了反向恢复时间,而在高频脉冲下不但会使其损耗加重,也会引起较大的电磁干扰。所以知道二极管的反向恢复时间正确选择二极管和合理设计电路是必要的,选择二极管时应尽量选择PN结电容小、反向恢复时间短的,但大多数厂家都不提供该参数数据。

部分内容整理自

1、《二极管鲜为人知的特性》作者:ZLG致远电子 来源:电子产品世界
2、《什么是二极管的压降和导通压降》百度文库
3、《二极管参数大全》百度知道

来源: 硬件十万个为什么

围观 15

作者:睿博士

电感和电感器

电感(inductor)是一个绕在磁性材料上的导线线圈(coil),电感通以电流时产生磁场(magnetic field),磁场很懒,不喜欢变化,结果呢,电感就成为阻碍其电流(current)变化的元件。

如果流过电感的电流恒定,电感就很高兴,不用对电子流出任何力(force),此时的电感线圈就是普通导线。

如果我们想中断电感中的电流,电感就会出力(电动势,EMF),试图维持其中电流。如果电感自身构成回路,电路中又没有电阻(resistance),那么理论上,电子流永远在循环流动。但是,除非我们采用超导体,否则所有的导线都对电流有阻碍作用,最终电感电流将衰减(decay)为零,且电阻越大,衰减越快。不过,感抗(inductance)越大,衰减则越慢。如图1所示。


图1 中断电感电流时储存的能量释放

一旦电流变为零,由于电感总是试图阻碍电流变化,此时它又想维持电路电流为零。

所以,当我们把电感接入电路中时,电感马上出力,试图阻碍电流增加,但是电流还是慢慢在增加。电感感抗越大,电流增大的速度越慢。当电流不再增加而到达稳态值后,电感又乐不可支了,不用再出力了! 如图2所示。



图2 电感电路ON

当我们切断电感中的电流时,电感又出力想维持稳态电流值。如果此时电感与一个电阻相连,则电阻两端的电压是其电阻值与电流的乘积。由于电感最大的本事就是阻止电流的突变,因此,不管电阻值是多少,在电路被切断后的瞬间,电感中的电流与切断前是一样的。如果电阻值很大,则电流与电阻的乘积也非常大,结果,电感上会产生瞬时的高电压。如图3所示。



图3 电感电路OFF

由于电感中的电流不能突变,如果要切断电感电路,我们总是需要提供电感电流释放回路。假如没有提供释放回路,电感电流就会自寻通道,比如,通过空气释放,通过开关触点或者其他不应导电的元件释放。短时间的高电压将对电路产生极大的破坏。

电感器能够产生高电压的能力在电源设计时非常有用,但也意味着,在没有准备好释放通路时不可以随便切断电感电路。

续流二极管

从图中可以看出断电时EMF产生的瞬时高压(数倍甚至数十倍于电源电压)如果无处释放,会对电路的其他元件造成损害,而如果提供释放回路,又怎么能适时接通呢?即电感电路接通时,释放回路不通,而电感电路断开时释放回路就接通。如图4所示。


图4 释放回路接通的时机

电阻是双向导电的,而二极管就具有单向导电特性。因此我们采用如图5所示的电路,图中并联在电感两端的二极管称为续流二极管(flyback diode或flywheel diode)。


图5 续流二极管电路

续流二极管的作用

续流二极管通常和储能元件一起使用,其作用是防止电路中电压电流的突变,为反向电动势提供耗电通路。电感线圈可以经过它给负载提供持续的电流,以免负载电流突变,起到平滑电流的作用!在开关电源中,就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时,续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量。


续流二极管工作原理图

BUCK电路中续流二极管的选择


BUCK电路图

BUCK电路中一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管来作为"续流二极管",它在电路中一般用来保护元件不被感应电压击穿或烧坏,以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端,并与其形成回路,使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗,从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。

理论上二极管选用至少2倍于最大电流,实际使用时,由于二极管的瞬间抗过载能力较强,使用最大电流50A的超快速二极管也行,加上合理的散热片,实际使用中一般少有损坏。导通时的总阻抗是 电机内阻+驱动管等效内阻。续流时的总阻抗是 电机内阻+续流二极管等效内阻。一般情况下,由于续流二极管的交流等效内阻要比驱动三极管的交流等效内阻小。所以常规设计,一般续流二极管的最大电流,取二倍于电机最大电流。

瞬态电流只是一瞬间,面接触型二极管的抗过载能力还是可以的,只要不过压即可,必要时串个小阻值电阻进行限流。续流二极管是为了保护开关器件,续流时的瞬态电流跟电机的工作电压和绕组内阻有关,跟电机功率无关,真要计算的话,瞬态电流的峰值是反向自感电压减去二极管结压降再除以回路电阻。这里之所以还要用一定电流以上的二极管是因为低压大功率电机的绕组内阻较低,所以瞬态电流会比较大,串个小阻值电阻就可以抑制峰值电流,因此造成的开关管瞬态加压的些许上升因为工作电压本来就不高,所以根本不必担心,现在的晶体管耐压至少都在50V以上。

继电器续流二极管的选择

继电器并联的二极管,不是什么BUCK电路中的续流二极管,由于继电器线圈的是感性负载,作用是吸收驱动三极管在断开时继电器线圈的自感电压,根据楞次定律,电感上的电流在减小时,会产生一个自感电压,这个电压的方向是正电源端为负,驱动管集电极为正,这个电压会击穿三极管,所以在继电器上并联一个吸收二极管,吸收这个自感电压。

第一,电路ms级以下时间参数对机械触点影响给予忽略
第二,即便是1N4000反向恢复时间也远低于ms,正向导通时间更小
第三,驱动管极间电容,继电器寄生电容足以使高速二极管无用武之地
第四,电感储能的消耗主要依靠饶组电阻,一般处于过阻尼状态

对于图中的开关,我们经常使用晶体管。如图所示,用一个晶体管TR1去控制继电器线圈(relay coil)的导通,继电器触点再去控制负载电路。

继电器线圈的续流电路

二极管负极接直流电源正极,继电器线圈断电时,二极管因势利导,为线圈高电压提供释放途径。如果没有续流二极管,晶体管断开时在线圈两端产生的高电压将对晶体管电路造成极大的损坏,此时续流二极管起到了保护作用。

为此,经常将二极管直接和继电器做在一起,如图所示。

触点的保护电路一

般感性负载比电阻性负载更容易使触点受到损作,如果使用适当的保护电路可以使感性负载对触点的影响与电阻性负载基本相当,但请注意如果不正确使用,可能会产生反效果。

下表是触点保护电路的代表性例子。


注意请避免下表中所列的触点保护电路。

续流二极管的电路

续流二极管应该加到感性负载的两端,这里说的感性,就是具有电感特性,而不是性感。感性负载的特性就是电流不能突变,也就是说,不可能一下子就没了,也不可能一下子就有了,需要有个过程。

常见的感性负载有继电器线圈、电磁阀。

为什么要加续流二极管

感性负载会产生感应电动势,感应电动势的方向和加在它两端的电压方向是相反的,当感性负载突然断电,感应电动势还在,由于感应电动势与原来的电压方向相反,在没有断电的时候,还有原来的电压与之抵消,断电后就没有与感应电动势抵消的电压了,这个感应电动势就有可能造成电路中的元器件损坏,加个二极管以后,这个二极管正好与感性负载形成了一个闭合回路,回路中的电流方向正好和二极管是正向导通的,就可以释放感应电动势的电流了。

可以作为续流二极管的型号

普通二极管如1N4007就可以作为续流二极管,不过,最好是用快速恢复二极管或者肖特基二极管。

快速恢复二极管可以用:FR107、1N4148

肖特基二极管可以用:1N5819

看二极管datasheet的什么参数

二极管的耐压,就是反向能加多大电压,你可以看到,续流二极管在电路中是反向连接的。比如你的电路中,线圈加的是12V,那么你的二极管方向耐压值就必须要大于12V才行。不过一般的二极管反向耐压值都非常高。

二极管的最大正向导通电流,比如1N4148最大正向导通电流是150mA,那么如果你的线圈电流太大,就会烧坏续流二极管。所以1N4148只适合小电流的线圈保护,比如5V的继电器。

实践经验

凡是电路中的继电器线圈两端和电磁阀接口两端都要接续流二极管。接法如上面的图,二极管的负极接线圈的正极,二极管的正极接线圈的负极。不过,你要清楚,续流二极管并不是利用二极管的反方向耐压特性,而是利用二极管的单方向正向导通特性。

如果懒得看二极管的datasheet参数,就用FR107吧,通吃一般应用。

实践示例:

上海凝睿电子科技有限公司(简称NR-ESC)成立于2008年10月,位于上海市闵行高科技产业园区,提供电子研发领域的全方位服务,专注于为电子类企业、电子产品设计公司、电子相关专业高校师生及电子工程师、创客在产品研发、试制及量产阶段提供专业的嵌入式设计、PCB Layout、PCB制造、元器件采购、样板焊接、中小批量生产、BGA返修、生产工艺优化、测试优化、知识产权服务等全方位配套支持业务。

来源:凝睿研发工程服务

围观 17

1、发光二极管简介

发光二极管简称简称LED,它是采用特殊的磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成的、能够将电能直接转换成为光能的半导体器件。发光二极管虽然与普通二极管一样也是由 PN 结构成的,也具有单向导电性,但发光二极管不是应用它的单向导电性,而是让它发光作指示(显示)、照明器件。

当给发光二极管通过一定正向电流时,它就会发光。与带灯丝的普通小电珠相比,发光二极管具有体积小、色彩艳丽、耗电低、发光效率高、响应速度快、耐振动和使用寿命长等优点,可广泛应用于各种电子、电器装置及仪表设备中。

2、发光二极管的识别

1. 单色发光二极管

单色发光二极管实际上就是我们经常用到的普通发光二极管,通电后只能发出单一颜色的亮光。单色发光二极管按其管壳形状可分为圆形、方形和异形3 种,圆形尺寸主要有φ3mm、φ5mm、φ10mm,方形尺寸主要有2mm×5mm。按发光亮度来划分,有发光亮度一般的普通发光二极管和高亮度发光二极管。

表征普通发光二极管特性的参数包括电学和光学两类,主要参数有以下几项:
① 发光强度。
②最大工作电流。
③正向电压降,发光二极管的正向电压降比普通二极管要高,一般在1.8 ~ 3.8V 范围内。不同颜色和 不同制造工艺的发光二极管其工作电压也不同,如红色发光二极管的正向电压降约为 1.8V,黄色发光二极管的 正向电压降约为 2V,绿色发光二极管的正向电压降约为 2.3V,白色发光二极管的正向电压降通常高于 2.4V,蓝色发光二极管的正向电压降通常高于3V……
④ 最大反向电压,发光二极管的最大反向电压一般在 6V 左右, 最高不超过十几伏特,这是与普通二极管大不相同的地方。使用中不应使发光二极管承受超过5V的反向电压,否则发光二极管将可能被击穿。

发光二极管的参数还有发光波长、最大耗散功率等,业余使用时可不必考虑,只要选择自己喜欢的颜色和形状就可以了。

发光二极管的外形很有特色,所以可方便地用眼睛进行极性识别。常见 的普通发光二极管,通常较长的一条引脚线为其正极,较短的引脚线为其负极,如图 1(a)所示,识别口诀是“长正短负”(这与电解电容器引脚极性判断法一致)。如果观察发光二极管内部, 可以发现里面的两个电极一大一小,如图 1(b)所示。一般来说,电极较小的一端是发光二极管的正极,电极较大的一端是它的负极。但也有个别的发光二极管(一般都是进口管芯)例外,其内部管芯小的一端是负极、大的一端是 正极。所以在碰到进口发光二极管时, 为了保险起见,还是借助万用表测量一下为好。

2. 电压型发光二极管

电压型发光二极管内部构成如图2 所示。从外观上看,它与普通单色发光二极管几乎没有两样,但内部结构却与普通发光二极管有所区别。其内部由一只限流电阻器 R 和一个发光二极管管芯串联组成。R可将发光二极管的正向工作电流限定在允许值(一般为 10mA 或15mA)。使用时,只要在电压型 发光二极管的正、负极两端加上额定工作电压,即可让其正常发光。可见,电压型发光二极管与 普通发光二极管相比较,省去了外接限流电阻器的麻烦,使电路 设计和安装更简单。

国产电压型发光二极管的系列产品,常见的有6种标称电压,分别为:5V、9V、12V、15V、18V和24V。其发光颜色为红色、黄色、绿色等。

3. 闪烁发光二极管

闪烁发光二极管也叫自闪发光二极管,它是一种由CMOS集成电路(互补对称金属氧化物半导体集成电路的英文缩写)和发光二极管组成的特殊发光器件,是光电技术与半导体集成工艺相结合的新产品。这种发光二极管应用于各种信号指示(显示)装置、电子玩具等时,具有电路简单、耗电量小、醒目美观等特点。

常用闪烁发光二极管的外形和内部功能方框图如图3所示。其外表与普通发光二极管完全一样,最大特点在于:内部封装有CMOS大规模集成电 路,当外加一定电压时,内部振荡器便产生一定频率的方波脉冲,经分频器变换为超低频脉冲,再通过驱动放大器推动发光二极管管芯闪烁发光。

闪烁发光二极管的正、负极引脚识别与普通发光二极管完全相同。 如果用眼睛来观察闪烁发光二极管内 部,可以发现里面有一大一小的两个电极,并且小电极上面有一个小黑块——CMOS集成电路,参见图3(a) 所示。一般来说,电极较小、并附有 小黑块的一端是闪烁发光二极管的正极,电极较大的一端是它的负极。

闪烁发光二极管的参数除了正向工作电流、发光强度等以外,还有标称工作电压、反映闪光速度的闪烁频 率和表示亮灭时间比的占空比等。

4. 变色发光二极管

变色发光二极管只用一只发光二极管就能变换发出几种颜色光,因此在电子装置、电子玩具、仪器设备等上面多作为不同状态指示或发出多种警告信号。

变色发光二极管的外形和内部构成如图4所示,它的最大特点是在一只管壳中封装了两个发光二极管(通常 为红、绿或红、黄两色)管芯,对外有3根引线脚和两根引线脚之分。

对外有3根引线脚的变色发光二极管,其内部构成如图4(b)所示。 通常将红色和绿(黄)色发光管芯的正极分别引出,而将它们的负极连接在一起,通过一根公共负极线引出。当在红色发光二极管的正极与公共负极引线脚之间加上2V左右的直流电压,使之通过合适的电流(一般为3~ 10 m A)时,管子发出红光。同样,当在绿(黄)色发光二极管的正极与公共负极间加上 2 V 电压和同样电流时,管子发出绿光。当 红 、 绿(黄)发光二极管的正、负极之间都通电时,即发出红光与绿(黄)光的 混合光——橙(桔红)色光。当红光管芯通过较大电流( 如 10mA)、 绿( 黄 )光管芯不通电时,然后逐渐减小红光管芯电流、而同时加大绿(黄)光管芯电流,则管子发光颜色 会连续地从红光经过一系列中间混合光向绿(黄)光转变,反之亦然,这 即所谓变色发光的含义。对外只有两根引线脚的变色发光 二极管的内部构成如图4(c)所示, 管内红、绿(黄)发光二极管管芯的 正、负极反向并联后,再通过两根引 线脚引出。当给两根引线脚接上2V左 右的直流电压(电流限制在3~10mA 之间)时,其中一个管芯会处于正向 导通状态,该管即通电发出红光或绿(黄)光。当调换电压极性后,另一 个管芯会处于正向导通状态,使其通电发出截然不同的绿(黄)光或红光。当在两根引线脚接上2V左右的交 流电时,红、绿(黄)管芯分别在交 流电的正、负半周时导通,人眼会看 到红光与绿(黄)光的混合光——橙(桔红)色光。 业 余 条件下使用时,可不必考虑型号和参数, 一般只要选择所需要的颜色和形状就可以了。

常用变色发光二极管的管脚识别如图5所示。对于有三根引线脚的变色发光二极管,如果管脚排布呈三角形,则将管脚对准自己,从管壳凸出块开 始,按顺时针方向,依次为内部红色发光二极管管芯的正极引出脚、绿(黄) 色管芯的正极引出脚,公共负极引出脚。如果管脚呈一字排列,其左右两边 的管脚分别为内部红、绿(黄)发光二极管管芯的正极引出脚,并且管脚引线 稍长的为红色管芯的正极引出脚,稍短的为绿(黄)色管芯的正极引出脚,中间的管脚为公共负极引出脚。有两根引线脚的变色发光二极管,虽然和普通发 光二极管一样有长、短引线脚之分,但并不是表示正、负极性。一般稍长的引 线脚表示内部红色发光二极管管芯的正极引出脚,稍短的引线表示绿(黄)色 管芯的正极引出脚。

5. 七彩发光二极管

七彩发光二极管是一种新颖的高亮度自动变色发光二极管,目前已广泛应用于各种电子产品的装饰、电子玩具等,可起到增辉添彩的神奇效果。七彩发光二极管的外表与普通发 光二极管完全一样,其外形和内部功能 框图如图6所示。七彩发光二极管内部 封装有大规模集成电路控制的红、绿、 蓝“三基色”发光管芯。当外加3~4V 直流电压时,内部振荡器便产生频率 可自动变化(范围为2~6Hz)的方波 脉冲,经时序分配器和三路驱动放大器后,推动红、绿、蓝3个发光管芯按一定顺序搭配工作,从而对外发出不 断循环变化的红、绿、蓝、黄、紫、 青、白等7种颜色闪光来。

七彩发光二极管的正、负极引脚识别方法与普通发光二极管完全相同。如果用眼睛来观察七彩发光二极 管的内部,可以发现里面有两个基本对称的电极,但其中一个电极的上面 有一个小黑块——CMOS集成电路,参见图6(a)所示。一般来说,电极附 有小黑块的引出脚是七彩发光二极管 的正极,电极无小黑块的引出脚是它的负极。

3、发光二极管的检测方法

我们可以像检测普通二极管那样,用普通指针式万用表来判断发光 二极管的好坏和区分电极。将万用表拨到“R×10k” 挡,测量发光二极管的正、反向电阻。一般在测正向电 阻时,表针应偏转过半,同时发光二 极管中有一发亮光点。注意:由于万 用表内的电池正极通黑表笔、负极通红表笔,所以这时黑表笔所接引脚为 发光二极管的正极、红表笔所接为负极。对调两表笔后测其反向电阻,表针应几乎不动(阻值应为无穷大),发光二极管中无发亮光点。在检测中,若发现正、反向电阻相差很少,这只发光二极管很可能发光极弱或不 发光。若是两次测量都呈短路(表针 偏转到头)或断路(表针不动),则表明管子已坏了。

用万用表检测发光二极管时注意,必须使用“R×10k”挡。因为发 光二极管的管压降一般大于1.5V,而万用表“R×1k”及其以下各电阻挡全 部接表内 1.5V电池,电压低于发光二极管的管压降,无论正、反向接入,发光二极管都不可能导通,也就无法检测。而采用“R×10k”挡时,表内接有9V高压电池,电压高于管压降,所以可以用来检测发光二极管。

电压型发光二极管的检测方法与上面检测普通发光二极管的方法基本相同。用万用表“R×10k”挡测量闪烁发光二极管、七彩发光二极管的正、反向电阻时,表针均会偏转过半,但正向导通时,表针均会轻微抖动(振荡),并且发光二极管中有闪 亮的光点。这是由于发光二极管内部 的集成电路在万用表电池电压的作用下起振,所输出的脉冲电流使表针产生了轻微抖动。此时黑表笔所接的引脚为正极,红表笔所接的引脚为负 极。测反向电阻时,表针既不会轻微 抖动,发光二极管也不会产生闪亮光 点。如果检测中发现正、反向电阻非常小(表针偏转到头),或非常大(表针不动),则表明被测管子内部已击穿或断路。

变色发光二极管好坏的检测方法、极性判断和颜色分辨等,均可参照检测普通发光二极管的基本方法进行,这里不再赘述。

4、发光二极管使用常识

(1)发光二极管的型号比较杂乱繁多、五花八门。好在一 般使用场合对发光二极管要求不高,只要外形及颜色相符,大多数不同型号的发光二极管均可互换使用。对于高亮度或低电压等特殊型发光二极管,可查阅相关产品手册或资料后再选用。

(2)普通发光二极管的发光颜色 一般和它自身的颜色相同,但也有发出红、黄、绿、蓝等各种颜色的白色透明 壳体的发光二极管 ;变色发光二极管、 七彩发光二极管一般都是白色透明壳体,它们到底发何种颜色的光、色彩如何变化等,最简单的方法就是通电观察。

(3) 发光二极管可以用直流电,也可以用交流电或脉冲电流点亮。发光二极管是一种电流型器件,其发光亮度与工作电流成正比,而工作电流一般在5~30mA范围内(照明用发光二极管除外)。如果在大电流下长期使用容易使发光二极管亮度衰退,降低使用寿命,过大的电流(指超过管子所允许的极限值)还会烧毁管子。为了防止过大电流烧坏发光二 极管,电路中一定要串联合适的限流电阻器,切不可将发光二极管直接接到电源两端。

(4)发光二极管典型的直流供电电路如图 8 所示。图中的电阻器 R 用来限制发光二极管的工作电流,防止发光二极管因工作电流过大而损坏。改变 R 的阻值大小,可以改变发光二极管的 工作电流大小和亮度。R 的阻值由下式估算 :

R =(电源电压-发光二极管正向电压降)÷工作电流

计算时,电压单位用伏特(V),电流单位用安培(A),电阻单位则为 欧姆(Ω)。

(5)电压型发光二极管必须在额定电压下使用,低于额定值,亮度会降低,超过额定值则有可能损坏管子。闪烁发光二极管的最佳工作电压一般为3 ~ 6V,电压偏低,亮度降低、且闪 烁会停止变为常亮。如果超过允许值过电压使用,则会损坏管子。

(6)业余条件下,电压型发光二 极管损坏后,可用一只普通发光二极管串联一只限流电阻器代用。电阻值的大 小可按上面介绍的公式计算得出。变色 发光二极管的某一只管芯损坏后,可利 用其中未损坏的一只管芯作为单色发 光二极管使用。

(7)由于发光二极管多是用环氧 树脂等透光性能良好的有机材料将管芯封装制成,其软化温度在 150℃左右,所以焊接管脚时要特别注意散热问题, 宜使用 25W 以下的电烙铁,且不得焊 接时间过长,以免烫坏管壳。如果安装 空间允许的话,可用镊子夹住引脚根部, 以帮助散热。另外注意,发光二极管的安装位置应尽量远离发热元器件(例如 功率放大管、电源变压器等)。

(8)要注意保护发光二极管管壳 的光洁,不使其受机械损伤,以免影响透光性能。管体也不能受力,安装时其引脚根部(2mm 以内)不允许弯曲。

本文来源网络,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 12

全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都),面向包括xEV在内的动力传动系统等车载系统,开发出200V耐压的超低IR※1肖特基势垒二极管※2(以下简称“SBD”)“RBxx8BM200”“RBxx8NS200”。

RBxx8BM/NS200是RBxx8系列的新产品,该系列产品是可在高温环境下工作的超低IR SBD,已经在日本国内的汽车市场取得非常优异的业绩。此次,利用其超低IR特性,实现了高达200V的耐压,可替换以往在汽车中普遍使用的整流二极管※3和快速恢复二极管※4(以下简称“FRD”),因此可显著改善VF※5特性(比以往FRD低约11%)。不仅有助于进一步降低应用的功耗,还可因发热量降低而实现小型封装设计,从而进一步节省空间。

本产品已于2019年7月份开始出售样品(样品价格250日元/个,不含税),预计将于2019年9月开始以月产100万个的规模投入量产。前期工序的生产基地为ROHM Wako Co., Ltd.(日本冈山),后期工序的生产基地为ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.(泰国)和ROHM Korea Corporation(韩国)。

开发背景

ROHM已实现可在车载的高温环境下使用的耐压达150V的超低IR SBD RBxx8系列的量产,并已获得高度好评。近年来,在48V轻度混合动力等驱动系统中,将电机和外围部件集成于1个模块的“机电一体化”已成为趋势技术,能够在高温环境下工作的高耐压、高效率SBD的需求日益高涨。而另一方面,在以往使用150V产品的系统中,高性能化和高可靠性要求越来越严格,因此要求SBD要具有更高的耐压性能。

在这种背景下,ROHM在RBxx8系列的产品阵容中新增加了200V耐压的产品。未来,罗姆将进一步扩充产品阵容,为车载和工业设备等广泛的应用领域进一步降低功耗、节省空间贡献力量。


特点

在高温环境下使用的车载和电源设备的电路,希望将以往的整流二极管和FRD替换为效率性能更优异的SBD。然而另一方面,SBD存在的问题是随着工作环境温度上升,IR特性会恶化,容易引发热失控,因此对于高效率且在高温环境下也可安全使用的产品开发需求越来越强烈。

RBxx8系列采用非常适用于高温环境的阻挡金属,大大改善了在车载和电源设备的电路中使用SBD时的最大课题--IR特性,成功打造了在车载和工业设备等高温环境下也可安全使用、无需担心热失控的SBD系列产品。


1. 替换FRD,有助于进一步降低应用的功耗

拥有超低IR特性,可实现高达200V的耐压,从而可将以往在需要200V耐压的车载系统中使用的FRD替换为SBD。RBxx8BM/NS200与FRD产品相比,VF特性可降低约11%,有助于应用的低功耗化。

2. 发热量减少,可小型封装设计,有助于应用进一步节省空间

更低VF可抑制发热量,因此与以往产品相比,可实现同一尺寸小型封装设计。

目前,中等功率封装品也在开发中,未来,曾经使用的5.9×6.9mm尺寸FRD产品将能够被替换为2.5×4.7mm的小型封装产品,安装面积可削减71%。


产品阵容

此次新增加的200V产品包括8款机型,至此,RBxx8系列的产品阵容已多达212款机型。


应用

动力传动系统等车载系统(xEV等)、工业设备逆变器、各种电源设备等。

术语解说

※1)IR(Reverse Current)

施加反向电压时产生的反向电流。值越小功耗越低。

※2)肖特基势垒二极管(Schottky-Barrier Diode:SBD)

具有“正向电压降较小、开关速度快”特点的二极管。主要用于开关电源等。

※3)整流二极管(Rectifier Diode)

具有从交流转换为直流功能的二极管。

※4)快速恢复二极管(Fast Recovery Diode: FRD)

将施加的正向电压切换为反向电压时,瞬间流过的反向电流达到零的时间(即反向恢复时间)很短的二极管。

※5)VF (Forward Voltage)

流过正向电流时二极管产生的电压值。值越小功耗越低。

围观 48

串联

在串联时,需要注意静态截止电压和动态截止电压的对称分布。

在静态时,由于串联各元件的截止漏电流具有不同的制造偏差,导致具有最小漏电流的元件承受了最大的电压,甚至达到擎住状态。但只要元件具有足够的擎住稳定性,则无必要在线路中采用均压电阻。只有当截止电压大于1200V的元件串联时,一般来说才有必要外加一个并联电阻。

假设截止漏电流不随电压变化,同时忽略电阻的误差,则对于n个具有给定截止电压VR的二极管的串联电路,我们可以得到一个简化的计算电阻的公式:

以上Vm是串联电路中电压的最大值,△Ir是二极管漏电流的最大偏差,条件是运行温度为最大值。我们可以做一个安全的假设:

上式中,Irm是由制造商所给定的。利用以上估计,电阻中的电流大约是二极管漏电流的六倍。

经验表明,当流经电阻的电流约为最大截止电压下二极管漏电流的三倍时,该电阻值便是足够的。但即使在此条件下,电阻中仍会出现可观的损耗。

原则上,动态的电压分布不同于静态的电压分布。如果一个二极管pn结的载流子小时得比另外一个要快,那么它也就更早地承受电压。

如果忽略电容的偏差,那么在n个给定截止电压值Vr的二极管相串联时,我们可以采用一个简化的计算并联电容的方法:

以上△QRR是二极管存储电量的最大偏差。我们可以做一个充分安全的假设:

条件是所有的二极管均出自同一个制造批号。△QRR由半导体制造商所给出。除了续流二极管关断时出现的存储电量之外,在电容中存储的电量也同样需要由正在开通的IGBT来接替。根据上述设计公式,我们发现总的存储电量值可能会达到单个二极管的存储电量的两倍。

一般来说,续流二极管的串联电流并不多见,原因还在于存在下列附件的损耗源:
① pn结的n重扩散电压;
② 并联电阻中的损耗;
③ 需要由IGBT接替的附加存储电量
④ 由RC电路而导致的元件的增加。

所以在高截止电压的二极管可以被采用时,一般不采用串联方案。

唯一的例外是当应用电路要求很短的开关时间和很低的存储电量时,这两点正好是地奈亚二极管所具备的。当然此时系统的通态损耗也会大大增加。

并联

并联并不需要附加的RC缓冲电路。重要的是在并联时通态电压的偏差应尽可能小。

一个判断二极管是否适合并联的重要参数是其通态电压对温度的依赖性。如果通态电压随温度的增加而下降,则它具有负的温度系数。对于损耗来说,这是一个优点。

如果通态电压随温度的增加而增加,则温度系数为正。

在典型的并联应用中,这是一个优点,其原因在于,较热的二极管将承受较低电流,从而导致系统的稳定。因为二极管总是存在一定的制造偏差,所以在二极管并联时,一个较大的负温度系数(>2mV/K)则有可能产生温升失衡的危险。

并联的二极管会产生热耦合
① 在多个芯片并联的模块中通过基片;
② 在多个模块并联于一块散热片时通过散热器;

一般对于较弱的负温度系数来说,这类热偶合足以避免具有最低通态电压的二极管走向温度失衡。但对于负温度系数值>2mM/K的二极管,我们则建议降额使用,即总的额定电流应当小于各二极管额定电流的总和。

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围观 66

1. 概述

电源的输入部分,为了防止误操作,将电源的正负极接反,对电路造成损坏,一般会对其进行防护,如采用保险丝,二极管,MOS管等方式,这里就稍微做一下梳理总结。

2. 方式介绍

2.1 二极管防反接


采用二极管进行保护,电路简单,成本低,占用空间小。但是二极管的PN结在导通时,存在一个

2.2 保险丝防护

很多常见的电子产品,拆开之后都可以看到电源部分加了保险丝,在电源接反,电路中存在短路的时候由于大电流,进而将保险丝熔断,起到保护电路的作用,但这种方式修理更换比较麻烦。

2.3 MOS管防护

MOS管因工艺提升,自身性质等因素,其导通内阻技校,很多都是毫欧级,甚至更小,这样对电路的压降,功耗造成的损失特别小,甚至可以忽略不计,所以选择MOS管对电路进行保护是比较推荐的方式。

2.3.1 NMOS防护

如下图:上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统形成回路,源极S的电位大约为0.6V,而栅极G的电位为Vbat,MOS管的开启电压极为:Ugs = Vbat - Vs,栅极表现为高电平,NMOS的ds导通,寄生二极管被短路,系统通过NMOS的ds接入形成回路。


若电源接反,NMOS的导通电压为0,NMOS截止,寄生二极管反接,电路是断开的,从而形成保护。

2.3.2 PMOS防护

如下图:上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统形成回路,源极S的电位大约为Vbat-0.6V,而栅极G的电位为0,MOS管的开启电压极为:Ugs = 0 -(Vbat-0.6),栅极表现为低电平,PMOS的ds导通,寄生二极管被短路,系统通过PMOS的ds接入形成回路。


若电源接反,PMOS的导通电压大于0,PMOS截止,寄生二极管反接,电路是断开的,从而形成保护。

注:NMOS管将ds串到负极,PMOS管ds串到正极,寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向;

MOS管的D极和S极的接入:通常使用N沟道的MOS管时,一般是电流由D极进入而从S极流出,PMOS则S进D出,应用在这个电路中时则正好相反,通过寄生二极管的导通来满足MOS管导通的电压条件。MOS管只要在G和S极之间建立一个合适的电压就会完全导通。导通之后D和S之间就像是一个开关闭合了,电流是从D到S或S到D都一样的电阻。

实际应用中,G极一般串接一个电阻,为了防止MOS管被击穿,也可以加上稳压二极管。并联在分压电阻上的电容,有一个软启动的作用。在电流开始流过的瞬间,电容充电,G极的电压逐步建立起来。


对于PMOS,相比NOMS导通需要Vgs大于阈值电压,由于其开启电压可以为0,DS之间的压差不大,比NMOS更具有优势。

USB与电池切换设计:

当USB供电时,PMOS截止,通过二极管输入系统;当电池供电时,PMOS导通,下拉电阻的作用是将栅极电位稳定的拉低,确保PMOS正常开启,防止栅极高阻抗带来的隐患。


通过MCU的IO控制输入—>输出:

R3确保栅极电流不至于太大,R2上拉,截止PMOS,IO输出控制时,稳定为低,开启PMOS。


参考:
1.MOS管防止电源反接的一些总结
2.关于直流电防接反电路的总结
3.TI参考设计
4.PMOS开关管的选择与电路图

本文转自:https://blog.csdn.net/wwt18811707971/article/details/80232617
作者:霁风AI,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 153

1. 什么是二极管的正向额定电流?

二极管的额定电流是二极管的主要标称值,比如5A/100V的二极管,5A就是额定电流。通常额定电流的定义是该二极管所能通过的额定平均电流。但是有些的测试前是方波,也就是可以通过平均值为5A的方波电流。有些得测试前提是直流,也就是能通过5A的直流电流。理论上来说,对于硅二极管,以方波为测试条件的二极管能通过更大的直流电流,因为同样平均电流的方波较于直流电流,会给二极管带来更大损耗。那么5A的二极管是否一定能通过5A的电流?不一定,这个和温度有关,当你的散热条件不足够好,那么二极管能通过的电流会被结温限制。

2. 什么是二极管的反向额定电压?

二极管反向截止时,可以承受一定的反压,那么其最高可承受的反压就是额定电压。比如5A/100V的二极管,其额定反压就是 100V。虽然,所有二极管厂家都会留一定的裕量,100V的二极管通常用到110V都不会有问题,但是不建议这么用,因为超过额定值,厂家就不会保证其可靠性,出了问题就是你的问题了。而且很多电源设计公司,为了保障可靠性,还会降额设计。

3. 什么是二极管的正向冲击电流?

开关电源在开机或者其他瞬态情况下,需要二极管能够承受很大的冲击电流而不坏,当然这种冲击电流应该是不重复性,或者间隔时 间很长的。通常二极管的数据手册都有定义这个冲击电流,其测试条件往往是单个波形的冲击电流,比如单个正弦波,或者方波。其电流值往往可达几百。

4. 什么是二极管的正向导通压降?

二极管在正向导通,流过电流的时候会产生压降。这个压降和正向电流以及温度有关。通常硅二极管,电流越大,压降越大。温度越高,压降越小。但是碳化硅二极管却是温度越高,压降越大。

5. 什么是二极管的反向漏电流?

二极管在反向截止的时候,并不是完全理想的截止。在承受反压得时候,会有些微小的电流从阴极漏到阳极。这个电流通常很小,而且反压越高,漏电流越大,温度越高,漏电流越大。大的漏电流会带来较大的损耗,特别在高压应用场合。

6. 什么是二极管的反向恢复时间和反向恢复电流?

这个是二极管的重要指标,所谓的快恢复,慢恢复二极管就是以此为标准。二极管 在从正偏转换到反偏的时候,会出现较大的反向恢复电流从阴极流向阳极,其反向电流先上升到峰值,然后下降到零。那么其上升下降的时间就是反向恢复时间,峰 值电流就是反向恢复电流。这个在高频率的应用中会带来很大损耗。而反向恢复时间和电流和二极管截止时,正向电流的下降速率正相关。解决这个问题,一就是用 恢复时间更快的二极管,二是采用ZCS方式关断二极管。

7. 什么是软恢复二极管?

二极管在反向恢复的时候,反向电流下降的比较慢的,称为软恢复二极管。软恢复对减小EMI有一定的好处。

8. 什么是二极管的结电容?

结电容是二极管的一个寄生参数,可以看作在二极管上并联的电容。

9. 什么是二极管的寄生电感?

二极管寄生电感主要由引线引起,可以看作串联在二极管上的电感。

10. 二极管正向导通时候瞬态过程是怎样?

对于二极管的瞬态过程,通常关心比较多的是反向恢复特性。但是其实二极管从反偏转为正向导通的过程也有值得注意的地 方。在二极管刚导通的时候,正向压降会先上升到一个最大值,然后才会下降到稳态值。而这个最大值,随di/dt的增大而增大。也就是说二极管带导通瞬间会 产生一个正向尖峰电压,而且电压要大于稳态电压。快恢复管的这个正向尖峰电压比较小,慢恢复管就会很严重。这个就引出了另外一个问题:

11. 在RCD钳位电路中,二极管到底选慢管,还是快管?

RCD电路常用于一些需要钳位的场合,比如flyback原边MOS的电压钳位,次级整流管的电压钳 位。有些技术文献说应该用慢恢复管,理由是慢恢复管由于其反向恢复时间比较长,这样钳位电容中的一部分能量会在二极管反向恢复过程中回馈给电路,这样整个 RCD电路的损耗可以降低。不过这个只适合小电流,低di/dt的场合。比如小功率flyback的原边钳位电路。但是不适合大电流,高di/dt的钳位 场合,比如大电流输出的电源的次级钳位电路。因为,慢恢复管在导通的时候会产生很高导通压降尖峰,导致虽然钳位电容上的电压很低,但是却没法钳住尖峰电 压。所以应该选择肖特基二极管之类。

12. 什么是肖特基二极管?

肖特基二极管是一种利用肖特基势垒工艺的二极管,和普通的PN结二极管相比,其优点:更快的反向恢复时间,很多称之为0反向恢复时 间。虽然并不是真的0反向恢复时间,但是相对普通二极管要快非常多。其缺点:反向漏电流比较大,所以没法做成高压的二极管。目前的肖特基二极管,基本都是 200V以下的。虽然有些公司可以提供高压的肖特基硅二极管,但是也是将几个二极管串联之后封装在一起。当然也有公司称有独特的工艺,可以制造高压肖特基 二极管,但并不知晓是什么样的工艺。

13. 什么是碳化硅二极管?

通常大家所用的基本都是以硅为原料的二极管,但是最近比较热门的碳化硅二极管是用碳化硅为原料的二极管。目前常见的多为高压的肖特基 碳化硅二极管,其优点:反向恢复特性很好,媲美肖特基硅二极管。但是可以做高压的二极管。在PFC中已有较多应用。缺点:正向导通压降比较大。还有一点与硅二极管不同的是其导通压降随温度上升反而增大。早期的碳化硅二极管,还有可承受冲击电流小,可靠性不高等缺点。但是目前已有很大改善。

14. 什么是砷化镓二极管?

说实话,我听说砷化镓材料早于碳化硅,但是后来就较少听说了。目前砷化镓在LED上似乎有些应用,但是功率器件上却还比较少。

15. 二极管适合并联么?

理论上来说硅二极管,由于导通压降随温度上升而下降,所以是不适合并联的,但是现在很多二极管会把两个单管封装在一起,这样温升相对均匀,给并联带来好处。但是碳化硅是的压降是随温度上升而上升,理论上是适合并联的。

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TVS二极管的应用及分析

瞬态电压抑制器(TVS)具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、家用电器、仪器仪表等各个领域。本文将结合TVS应用的特点及使用注意事项,介绍TVS的几种典型应用电路,并通过TVS在热插拔电路保护和汽车电源线保护中应用的实例,来详细探讨如何正确应用TVS和使TVS的应用效能最佳。

在实际的应用电路中,处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的,将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TNS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被引开,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后,当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路进入正常电压状态。


TVS应用的三大特点

1)将TVS二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。

3)将TVS二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

TVS管在使用中应注意的事项

对瞬变电压的吸收功率(峰值)与瞬变电压脉冲宽度间的关系。手册给的只是特定脉宽下的吸收功率(峰值),而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测,事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。

对小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

对重复出现的瞬变电压的抑制,尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。

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