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二極管開關(guān)過程、EMI問題詳細分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-09-28 

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二極管開關(guān)過程、EMI問題詳細分析-KIA MOS管


二極管的開關(guān)過程

二極管的單向?qū)ㄐ浴⒋笥谀畴妷壕蛯?dǎo)通等基本特性我們非常熟悉,但是隨著工作的深入會發(fā)現(xiàn)僅知道這些是不夠的,特別是大功率設(shè)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(guān)過程(也叫二極管的動態(tài)特性)及其帶來的影響。


任何開關(guān)器件的狀態(tài)切換并不是一蹴而就的,在這切換的期間發(fā)生了什么是工程師值得注意的地方。因為結(jié)電容的存在,二極管在零偏置、正向?qū)ā⒎聪蚪刂惯@三個狀態(tài)之間切換時,會有一個過渡。


開通(零偏置轉(zhuǎn)換為正向?qū)ǎ?/span>

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(dǎo)通,且之后正向壓降就是0.7V了。


實際上應(yīng)該是當(dāng)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(wěn)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(fù)時間 tfr。


如下圖-1如示:

二極管開關(guān) EMI問題

圖-1:零偏置轉(zhuǎn)換為正向?qū)?/span>


也就是說二極管的導(dǎo)通瞬間會產(chǎn)生一個正向尖峰電壓,且要大于穩(wěn)態(tài)電壓UF。而這個過沖電壓,隨di/dt的增大而增大。


關(guān)斷(正向?qū)ㄞD(zhuǎn)換為反向截止)

當(dāng)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(fù)時間 trr。


如下圖-2:

二極管開關(guān) EMI問題

圖-2:正向?qū)ㄞD(zhuǎn)換為反向截止


tF時刻,二極管的外加電壓發(fā)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(fù)到阻斷的狀態(tài);


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(jié)電容放電復(fù)位的過程。


t2時刻,電流幾乎不再變化,二極管恢復(fù)對反向電壓的阻斷能力。


以上這些有什么用?

二極管開關(guān)瞬間存在損耗。在二極管開通和關(guān)斷的瞬間,電流和電壓相乘并不為零,所以存在開關(guān)損耗。


這與MOSFET作為硬開關(guān)時的開關(guān)波形類似。所以在大功率和高頻(開關(guān)次數(shù)多)的場合下這個損耗更甚,不能忽視。


二極管開關(guān)瞬間帶來EMI問題。可以看到二極管在開關(guān)瞬間會產(chǎn)生過沖電壓和尖峰電流,這樣高的dv/dt和di/dt 必然會引發(fā)EMI問題。


通常反向恢復(fù)電流的尖峰與EMI中的傳導(dǎo)相關(guān),所以我們經(jīng)常在小功率的場合里會在二極管的兩端并聯(lián)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(guān),所以有時候我們會在二極管上套一個磁環(huán)。


所以,為了避免這些問題,有時我們會選用快恢復(fù)二極管或者肖特基二極管,它們的恢復(fù)時間很短。


順便說一下,正向恢復(fù)時間遠小于反向恢復(fù)時間,所以我們在二極管的器件手冊上通常看到不到關(guān)于正向恢復(fù)時間的參數(shù)。


二極管中的結(jié)電容CT不可忽略,當(dāng)其與電路中的寄生電感結(jié)合時會產(chǎn)生諧波頻率,引發(fā)EMI問題。



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