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  • 二極管開關過程,EMI問題詳細解析
    • 發布時間:2022-06-25 18:00:30
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    二極管開關過程,EMI問題詳細解析
    二極管的開關過程
    二極管的單向導通性、大于某電壓就導通等基本特性我們非常熟悉,但是隨著工作的深入會發現僅知道這些是不夠的,特別是大功率設備或者面臨EMI的問題時。
    所以我們需要對二極管有個更深入的認識,今天就著重講述二極管的開關過程(也叫二極管的動態特性)及其帶來的影響。
    任何開關器件的狀態切換并不是一蹴而就的,在這切換的期間發生了什么是工程師值得注意的地方。因為結電容的存在,二極管在零偏置、正向導通、反向截止這三個狀態之間切換時,會有一個過渡。
    開通(零偏置轉換為正向導通)
    二極管的開通并不是說其正向壓降大于某個電壓(比如0.7V)就直接導通,且之后正向壓降就是0.7V了。
    實際上應該是當其正向壓降從零開始增大到一個過沖電壓VFP后才逐漸趨于一個穩定的電壓(如2V),這期間正向電流不斷增大。把這段時間叫做正向恢復時間 tfr。
    如下圖-1如示:
    二極管開關 EMI問題
    圖-1:零偏置轉換為正向導通
    也就是說二極管的導通瞬間會產生一個正向尖峰電壓,且要大于穩態電壓UF。而這個過沖電壓,隨di/dt的增大而增大。
    關斷(正向導通轉換為反向截止)
    當給二極管施加一個反向電壓時并不能使之馬上阻斷,而是需要一定的時間。在這段時間里會有電壓和電流的過沖。而這段時間就是我們常說的反向恢復時間 trr。
    如下圖-2:
    二極管開關 EMI問題
    圖-2:正向導通轉換為反向截止
    tF時刻,二極管的外加電壓發生改變;
    t0時刻,正向電流下降到為零,但是二極管還不能恢復到阻斷的狀態;
    t1時刻,反向電流達到最大IRP,隨后反向過沖電壓也達到最大URP。反向電流隨后迅速下降,可以看到這段曲線與電容的放電曲線類似,事實上,它也正表示了結電容放電復位的過程。
    t2時刻,電流幾乎不再變化,二極管恢復對反向電壓的阻斷能力。
    以上這些有什么用?
    二極管開關瞬間存在損耗。在二極管開通和關斷的瞬間,電流和電壓相乘并不為零,所以存在開關損耗。
    這與MOSFET作為硬開關時的開關波形類似。所以在大功率和高頻(開關次數多)的場合下這個損耗更甚,不能忽視。
    二極管開關瞬間帶來EMI問題??梢钥吹蕉O管在開關瞬間會產生過沖電壓和尖峰電流,這樣高的dv/dt和di/dt 必然會引發EMI問題。
    通常反向恢復電流的尖峰與EMI中的傳導相關,所以我們經常在小功率的場合里會在二極管的兩端并聯RC以吸收這個尖峰。
    還有,尖峰電流過后可能還會伴隨著一段時間的震蕩,這個震蕩與EMI中的輻射相關,所以有時候我們會在二極管上套一個磁環。
    所以,為了避免這些問題,有時我們會選用快恢復二極管或者肖特基二極管,它們的恢復時間很短。
    順便說一下,正向恢復時間遠小于反向恢復時間,所以我們在二極管的器件手冊上通??吹讲坏疥P于正向恢復時間的參數。
    二極管中的結電容CT不可忽略,當其與電路中的寄生電感結合時會產生諧波頻率,引發EMI問題。
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