Как да проектирам верига за затягане на диодно напрежение в комуникационната захранваща система?

1. Принципът на работа на веригата за затягане на напрежението на диода
(1) Основни принципи
Веригата за затягане на диодното напрежение се състои главно от един или повече диода, които използват еднопосочната проводимост на диодите, за да постигнат функция за затягане на напрежението. Когато напрежението във веригата надвиши напрежението на проводимостта на диода, диодът провежда, затягайки напрежението близо до напрежението на проводимостта на диода; Когато напрежението е по-ниско от напрежението на проводимост на диода, диодът прекъсва и няма ефект върху нормалната работа на веригата.
(2) Работни характеристики на различни видове диоди
Обикновен диод: има фиксирано напрежение на проводимостта, обикновено около 0,6-0,7V (силиконова тръба) или 0,2-0,3V (германиева тръба). Неговата скорост на проводимост е бърза, но точността на напрежението на затягане е сравнително ниска.
Ценеров диод: Той може да поддържа стабилно обратно напрежение на пробив в рамките на определен диапазон на тока в състояние на обратно пробив. Чрез избиране на подходящото пробивно напрежение на диода на регулатора на напрежението, напрежението може да бъде прецизно фиксирано на желаната стойност.
Диод на Шотки: Има ниско напрежение на проводимост напред (обикновено 0,2-0,4 V) и бърза скорост на превключване, подходящ за приложения, които изискват високо напрежение на затягане и скорост на реакция.
2. Точки на проектиране на верига за затягане на напрежение на диод
(1) Избор на диод
Изберете според изискванията за напрежение на затягане: Ако се изисква точно напрежение на затягане, трябва да се избере диод за регулатор на напрежението и неговото пробивно напрежение трябва да се определи в съответствие със системните изисквания. Ако изискването за прецизност за затягащо напрежение не е високо, обикновените диоди или диодите на Шотки също могат да отговорят на търсенето.
Помислете за капацитета на ток: Един диод ще тече определено количество ток при провеждане, така че е необходимо да изберете диод с достатъчен капацитет на ток, за да сте сигурни, че диодът няма да бъде повреден поради прегряване в случай на пренапрежение.
Обърнете внимание на времето за обратно възстановяване: Времето за обратно възстановяване се отнася до времето, необходимо на диода да премине от състояние на предно провеждане към състояние на обратно прекъсване. Във високо-комуникационни захранващи системи трябва да се избират диоди с кратко време за обратно възстановяване, за да се намалят загубите при превключване и електромагнитните смущения.
(2) Избор на топологична структура на веригата
Единична диодна клема: подходяща за ситуации, при които напрежението на клемата не е високо и амплитудата на пренапрежението е малка. Структурата е проста и цената е ниска, но точността на затягане е ограничена.
Двойно диодно затягане: съставено от два диода, свързани в обратна серия, може да подобри точността и надеждността на затягащото напрежение. Когато един диод се повреди, другият диод все още може да играе определена затягаща роля.
Многостепенна затягаща верига: Чрез каскадно свързване на множество диоди може да се постигне степенувано затягане на различни амплитуди на пренапрежение, подобрявайки способността на веригата да издържа на пренапрежение.
(3) Изчисляване на параметър
Изчисляване на напрежението на щипка: За верига на щипка на диод на регулатор на напрежението напрежението на щипка е равно на напрежението на пробив на диода на регулатора на напрежението. За обикновени диоди или диодни клещи на Шотки напрежението на клемата е приблизително напрежението на проводимост в посока на диода плюс други спадове на напрежението във веригата.
Изчисляване на тока: Изчислете тока, протичащ през диод, когато той е проводник, въз основа на амплитудата и продължителността на свръхнапрежението. В същото време е необходимо да се вземе предвид токът на натоварване във веригата, за да се гарантира, че общият ток на диода не надвишава номиналния му ток.
Изчисляване на мощността: Изчислете загубата на мощност на диода въз основа на неговия ток на проводимост и напрежение на клемата. Изберете диоди с достатъчен мощностен капацитет, за да сте сигурни, че няма да се повредят поради прегряване по време на продължителна-работа.
3. Възможни проблеми и решения, възникнали по време на процеса на проектиране
(1) Напрежението на клемата е нестабилно
Причина за проблема: Може да се дължи на голямата променливост на параметрите на диода, температурни промени или промени в параметрите на други компоненти във веригата.
Решение: Приемете верига за температурна компенсация, за да намалите влиянието на температурата върху напрежението на клемата; Изберете диоди с добра последователност на параметрите; Добавете контролна верига за обратна връзка във веригата, за да наблюдавате и регулирате напрежението на клемата в реално-време.
(2) Прегряване и повреда на диода
Причина за проблема: Обикновено се причинява от тока или мощността на диода, надвишаващи номиналната му стойност, или лошо разсейване на топлината.
Решение: Изберете разумно модела и спецификациите на диода, за да сте сигурни, че неговият ток и мощност отговарят на изискванията; Оптимизиране на дизайна на веригата за намаляване на диодния ток и загубите на мощност; Добавете устройства за разсейване на топлината, като радиатори, вентилатори и т.н., за да подобрите капацитета на разсейване на топлината на диодите.
(3) Проблем с електромагнитните смущения
Причина за проблема: Диодът генерира бързи промени в тока по време на проводимост и прекъсване, което води до електромагнитни смущения.
Решение: Свържете кондензатори или индуктори паралелно през диода, за да образувате филтрираща верига, която потиска електромагнитните смущения; Приемете мерки за екраниране, за да екранирате веригата на диода и клемата, като намалите електромагнитното излъчване.
4. Пример за дизайн
Вземайки за пример DC-DC преобразувател в комуникационна захранваща система, проектирайте верига за затягане на диодно напрежение, за да защитите чувствителните компоненти в изходния му край. Ако приемем, че изходното напрежение е 5V, необходимо е да се ограничи пренапрежението под 6V.
Избор на диод: Изберете диод за регулатор на напрежението с пробивно напрежение от 6 V, номинален ток от 1 A ​​и мощност от 1 W.
Топология на веригата: Възприемайки верига с единичен диод на регулатора на напрежението, диодът на регулатора на напрежението е свързан в обратен паралел между изходния терминал и земята.
Проверка на параметрите: Чрез симулация и експериментална проверка диодът на регулатора на напрежението може да работи нормално при условия на пренапрежение, да ограничи изходното напрежение под 6 V и да гарантира, че токът и загубата на мощност на диода на регулатора на напрежението са в рамките на номиналния диапазон.

https://www.trrsemicon.com/diode/dip-diode/mbr20200cft-to-220f.html