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如何讓慢恢復(fù)管在開關(guān)電源中"活靈活用"?

發(fā)布時間:2015-03-05 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】由于開關(guān)電源始終處在打開和關(guān)閉的循環(huán),這就要求開關(guān)電源中的器件有較高的強(qiáng)度和較短的反應(yīng)時間。如果是這樣的話,慢恢復(fù)的二極管就不能使用在開關(guān)電源當(dāng)中了嗎?事實并非如此,那事實是怎樣的呢?
 
由于開關(guān)電源始終處在打開和關(guān)閉的循環(huán),這就要求開關(guān)電源中的器件有較高的強(qiáng)度和較短的反應(yīng)時間。通常來說,開關(guān)電源的工作效率在幾十Khz到上百Khz之間。為了能夠滿足頻繁的開關(guān)模式,開關(guān)電源當(dāng)中的整流管對Trr時間有嚴(yán)格的要求,理論上,不能使用一般的二極管,而是要使用超快恢復(fù)的肖特基二極管。
 
如果是這樣的話,慢恢復(fù)的二極管就不能使用在開關(guān)電源當(dāng)中了嗎?事實上,開關(guān)電源中合理的使用慢恢復(fù)二極管將會得到意外的驚喜。下面將以兩個實例的分析來說明。
 
下面就和網(wǎng)友分享一下兩個工作中的實例:
 
案例一
 
慢恢復(fù)工頻整流管1N4007用于主控IC供電繞組整流,解決多繞組系統(tǒng),偏置電壓偏高問題。
 
使用某IC做5路輸出DVB電源,批量生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)不良率較高,癥狀為電源不工作或打嗝。去到工廠實測發(fā)現(xiàn)IC的供電電壓偏高,IC過壓保護(hù)機(jī)制觸發(fā)。
 
大家都知道,多路輸出電源,要做到很好的交叉調(diào)整率是相當(dāng)考驗變壓器設(shè)計功底的,偏置供電繞組電壓偏高再所難免??蛻粢呀?jīng)批量生產(chǎn)了1W多套電源,重新設(shè)計變壓器顯然不是很好的解決方案。整流二極管串聯(lián)的電阻加大其作用也是有限的,畢竟其主要作用在濾除尖峰電壓,而引起IC保護(hù)的是偏置繞組電壓偏高。這個時候慢整流管的魅力就體現(xiàn)出來了。最終的解決方案就是將客戶原方案中的快恢復(fù)二極管HER107換為1N4007,問題得到完美解決。具體見圖1:
快恢復(fù)二極管HER107換為1N4007
圖1
 
有的人可能會問,慢管用在這里會不會有什么安全隱患,合適嗎?
 
確實,開關(guān)電源整流管是不能用慢管的,但是這里確實合適的。因為IC供電電流基本在mA級別,負(fù)載不大,所以用慢管也不會有問題。
 
案例二
 
Flyback中RCD吸收電路使用慢管1N4007,解決主開關(guān)上的漏感尖峰電壓應(yīng)力及EMI輻射問題。
案例二
圖2
 
常見的RCD吸收電路結(jié)構(gòu)如圖2(D1一般用快恢復(fù)二極管)。
[page]
如果變壓器設(shè)計不合理,漏感大的話,開關(guān)管管斷時,漏感電壓較大,振蕩時間較長,導(dǎo)致MOS電壓應(yīng)力比較大,EMI輻射超標(biāo)。
D1使用快恢復(fù)二極管UF4007的實測波形
圖3
 
圖3是D1使用快恢復(fù)二極管UF4007的實測波形。
 
黃線為RCD中C1的波形,粉色為開關(guān)管漏極波形,藍(lán)色為R1的電壓波形。顯然漏極振蕩時間較久,峰值較高。如果把D1換為工頻整流管1N4007會怎樣呢?
 
下面便是1N4007的表現(xiàn):
1N4007的表現(xiàn)
圖4
 
很明顯,漏極振蕩被完美抑制,峰值也大大減小,從而減低MOS的電壓應(yīng)力,以及大大改善EMI。
 
細(xì)心的朋友會發(fā)現(xiàn),R1的電壓峰值變大。這是為什么呢?因為1N4007反向恢復(fù)時間較長,所以C1的電會回流造成的。
 
有文獻(xiàn)指出真是這能量回流,減低R2的損耗,會提高電源的效率,但是經(jīng)過實測并未發(fā)現(xiàn)效率上有改善,所以這里持保留意見。
 
不夠能量回流倒是實實在在存在的,理論分析和實測結(jié)果都已顯示。也正是這個原因,會導(dǎo)致1N4007發(fā)熱量會比較大,所以此方案適用于小功率Flyback,大功率不建議使用。
 
如果設(shè)計中,遇到MOS電壓應(yīng)力比較大并且EMI總超標(biāo),不妨試試此方案。
 
雖然在日常的開關(guān)電源設(shè)計當(dāng)中,并不推薦使用反應(yīng)較慢的二極管,但這并不意味著它在設(shè)計中毫無用處。這類二極管反而能夠解決一些比較棘手的問題。所以在學(xué)習(xí)和設(shè)計中遇到問題時,不如換一種方式來思考,也許問題就迎刃而解了。
 
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