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    • 發(fā)布時(shí)間:2024-09-09 20:26:20
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    解析小型二極管怎么降低同步轉(zhuǎn)換器中的噪聲
    小型肖特基二極管如何幫助最小化噪聲,并了解這種技術(shù)何時(shí)以及如何提供幫助。
    降低同步轉(zhuǎn)換器噪聲
    圖1.傳統(tǒng)降壓穩(wěn)壓器拓?fù)鋱D
    降低同步轉(zhuǎn)換器噪聲
    圖2.降壓控制器開關(guān)周期示意圖
    標(biāo)準(zhǔn)降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)淙鐖D1所示。有關(guān)其工作的詳細(xì)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器教程,開關(guān)周期視圖如圖2所示。每次關(guān)閉一個(gè)開關(guān)時(shí),都會引入一個(gè)死區(qū)時(shí)間,以確保第一個(gè)開關(guān)在另一個(gè)開關(guān)打開之前完全關(guān)閉。在此死區(qū)時(shí)間內(nèi),電流必須不斷流過電感器,而該電流路徑由內(nèi)置于MOSFET Q中的所謂體二極管提供。2.在這短暫的時(shí)間里,有很多事情要做,尤其是在Q1打開,這就是額外的噪音發(fā)揮作用的地方。
    降低同步轉(zhuǎn)換器噪聲
    圖3.體二極管反向恢復(fù)電流曲線圖
    圖 3 從 Q 之后放大2直到 Q 之后才關(guān)閉1打開。當(dāng) Q2關(guān)閉時(shí),由于電感的磁場崩潰,電流將繼續(xù)流過電感。這會導(dǎo)致電感兩端的電壓換向(反轉(zhuǎn)),將開關(guān)節(jié)點(diǎn)(VSW)拉低,直到體二極管在Q2打開并傳導(dǎo)。一旦死區(qū)時(shí)間過去,Q1已打開。這導(dǎo)致體二極管在Q2變得反向偏向。體二極管是PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu),因此具有反向恢復(fù)時(shí)間的不幸特性。當(dāng)體二極管最初反向偏置時(shí),電流反向流過二極管。在表示的時(shí)間段內(nèi) t一個(gè)PN結(jié)中的電荷載流子被掃除。然后在時(shí)間 tb反向電流降至零,因?yàn)镻N結(jié)建立了一個(gè)耗盡區(qū)域,可以阻止反向偏置。在 t 期間發(fā)生的電流脈沖RR在寄生電容和電感中感應(yīng)電壓,這些電壓會對電路中的噪聲產(chǎn)生重大影響。
    有幾個(gè)因素會影響反向恢復(fù)曲線的特性。最大的因素是體二極管具有固有的長反向恢復(fù)時(shí)間。MOSFET 經(jīng)過優(yōu)化,可降低柵極電荷和導(dǎo)通電阻;它們的體二極管是寄生PN結(jié)構(gòu),與在電力電子中使用的其他二極管相比,反向恢復(fù)速度較慢。恢復(fù)時(shí)間也取決于溫度,在較高溫度下會變得更糟。dI 的比率F反向恢復(fù)開始時(shí)的/dt主要受電路中的寄生電感的限制,設(shè)計(jì)人員試圖將其降至最低。較低的寄生電感導(dǎo)致較高的dIF/dt,這導(dǎo)致更高的 |我R,最大|.幾乎無法改善這些因素,因此要么接受額外的噪聲,要么從工具箱中取出更好的二極管。
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    圖4.添加肖特基二極管D的傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器示意圖S
    工具箱中更好的二極管是肖特基二極管(DS) 與 MOSFET 的體二極管并聯(lián)放置,如圖 4 所示。肖特基二極管具有較低的正向電壓,因此當(dāng)電感換向時(shí),它而不是體二極管導(dǎo)通。Q 之后1導(dǎo)通,反向偏置 Q2,體二極管已經(jīng)關(guān)閉(因?yàn)樗鼜奈创蜷_過)。肖特基二極管由金屬-半導(dǎo)體結(jié)而不是PN結(jié)制成,并立即關(guān)閉。肖特基二極管中有少量結(jié)電容,需要通過從Q1.這看起來類似于體二極管的反向恢復(fù),但幅度較小。
    這留下了一些問題:何時(shí)需要考慮減輕體二極管噪聲,如何選擇合適的二極管,以及應(yīng)該如何物理實(shí)現(xiàn)?先把理論和跳腳的世界留到實(shí)踐中去,將從一般指導(dǎo)而不是精確計(jì)算的角度來思考。導(dǎo)致反向恢復(fù)期間功耗的因素可以提供一些見解,由下式給出:
    PRR = QRR x VIN x fSW (1)
    其中 PRR是以瓦特為單位的功率,QRR是以庫侖為單位的體二極管反向恢復(fù)電荷,fSW是以赫茲為單位的開關(guān)頻率。QRR可以在MOSFET數(shù)據(jù)手冊中找到,但通常在室溫和特定dI下指定F/dt,這可能與您的特定條件不匹配。例如,QRR可能是指定值的 2.5 倍,因?yàn)?MOSFET 遠(yuǎn)高于 25°C。 盡管如此,等式1提供了一些總體趨勢。體二極管噪聲往往最高:
    當(dāng)開關(guān)頻率高于300kHz-500kHz時(shí)
    當(dāng)輸入電壓較高時(shí)
    當(dāng)MOSFET溫度較高時(shí)
    頻率在 10 秒到 100 兆赫之間
    選擇肖特基二極管時(shí),要注意它只承載非常短的時(shí)間(通常為10s的ns),因此會看到輕熱負(fù)載。一個(gè)相對較小的二極管就足夠了。盡可能低的引線電感是肖特基二極管選擇的優(yōu)先事項(xiàng)。最好采用扁平引線的小型表面貼裝封裝。二極管應(yīng)盡可能靠近MOSFET放置,以盡量減少兩者之間的寄生電感。事實(shí)上,有些MOSFET可以集成肖特基二極管,因?yàn)榧纳姼惺怯泻Φ?。雖然本文以傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)錇槔?,但這些概念同樣適用于其他開關(guān)轉(zhuǎn)換器類型。
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