דיאודות כוח הן אבני בניין בסיסיות באלקטרוניקה המודרנית של כוח, במיוחד באספקת כוח מתג (SMPS) כגון עף וממירים של קב"ג, למרות שנראה פשוט, התנהגות דינמי שלהם - במיוחד במהלך ההתאוששות לאחור - השפעות רבות על יעילות, התערבות אלקטרומגנטית (EMI), ומפרטים ארוכי טווח חייב מעצבי החברה להעריך בקפידה מאפיינים דירקודיים עבור כל טופולוגיה, כי דידה שעובדת בטווח של אקטיביסטציה נמוכה עשויה להיות כיסוי כוח פעולה, אפילו על ידי פונקציות הפעלה רחבות, או ניהולית, או ניהולית, או ניהולית, הן על ידי פונקציות קריטיות, או ניהוליות.

מימון של Power Diodes in Switching Converters

דיאודות כוח משמש מתגים חד-צדדיים אשר מבצעים במהלך מרווחים ספציפיים של מחזור המעבר. בניגוד דידות אידיאליות, כוחות אמיתיים מתרוקנים להפגין ירידה מתח קדימה, הדליפה הנוכחית, והכי חשוב, התנהגות התאוששות הפוכה. כאשר המתח על פני מתפתלים ממלכודות לאחור כדי להפוך את ההטיה לאחור, זה לא יכול לעצור באופן מיידי; את נושאי המיעוט המאוחסנים בצומת חייב להיות סחף או שטף מחדש, כלומר, כלומר, אפקט הפוך (rerererererererererereret) הוא הפוך (מהפך) לאחור, הוא הפוך) הוא הפוך (מחדש) לאחור, כלומר, מהפך של האטה לאחור, הוא הפוך (מהפך את האטה לאחור, מהפך של האטה לאחור, הוא הפוך) הוא הפוך) הוא מהפך של האטה לאחור, מהפך של האטה לאחור, מהפך של האטה לאחור, הוא הפוך (מסוגלורד לאחור (מהפכה לאחור, מהפך) מהפך של האטה לאחור, הוא מהפך של האטה לאחור, מהפך של האטה לאחור, כלומר, האטה לאחור, האטה לאחור, הוא מהפך של האטה לאחור, הוא מהפך את האטה לאחור, האטה לאחור, האטה לאחור,

  • (FLT:0)Schottky Diodes:FLT:1 התקנים גדולים-carrier עם התאוששות הפוכה רשלנית, ירידה בלחץ נמוך (בדרך כלל 0.3–0.6 V), אבל רק דירוגי מתח לאחור מוגבלים (בדרך כלל ⁇ 200 V). אידיאלי עבור ממירי בנק נמוכים, אך סובלים מדליפה גבוהה בטמפרטורות גבוהות.
  • (FLT:0)Ultrafast Recovery Diodes:FearLT:1 , Minority-carrier diodes אופטימיזציה עבור תפנית מהירה (t rr בדרך כלל 25-75 ns) ומתחים חסימת גבוה יותר (עד 1200 V) הם מספקים את הפשרה הטובה ביותר בין טיפול להחלפת מהירות עבור ממרים מטיס הפועלים ב 60- 150 kHz.
  • (FLT:0) ,Silicon Carbide (SiC) Schotky Diodes:03FLT 1 Wide-bandgap מכשירים המציעים שחזור לאחור אפס, יכולת טמפרטורה גבוהה (>200 °C), ודירוגי מתח עד 1700 V. פרמיה המחירים שלהם מוצדקים ביעילות גבוהה, צמיגים גבוהים וממירגים, במיוחד במערכות אוטובוס (למשל, , טלוויזיות).

בחירת המשפחות הללו תלויה בטופולוגיה המרירה, תדירות הפעלה, מתח מתח מתח, ומגבלות תרמיות.הסעיפים הבאים לשבור את הדרישות הספציפיות של ממירי קפיצה וגביע.

Power Diodes in Flyback Converters: מבצע ולחצים

ממיר העף הוא למעשה ממיר א-בורסט עם ממריץ משותף (transformer) המספק בידוד גליוני.הפעולה שלו ניתן לתאר בשני שלבים נפרדים.במהלך הזמן של מתג הרוח הראשון (בדרך כלל active פלט משותף), הירכיים הנוכחיות במזג האוויר הראשי, לאחסון אנרגיה בליבת המשנית.

« פרדוקסים קריטיים עבור Flyback Diodes

  • (FLT:0) חסימת וולטאז (V RRMir): 1:1 ההתקנים הדידול חייב לעמוד בסכום של מתח הפלט המשקף (V out × N p/N s) בתוספת מתח קלט שנראה בצד השני (אם בכלל) בתוספת הדליפה של אספקת VLT (V) הוא מומלץ לשמור על קיבולת גבוהה של 20–30% עבור V2 עם 1, אך לעתים קרובות, 000 של VF).
  • <חזק>Reverse Recovery Time (t rr) ו- Charge (Q rr): במגירים של זבוב, הדיוודיה כבויה כאשר מתג ראשוני מופעל שוב.הזרם ההשחזור לאחור זורם דרך המהפך והמתג הראשי, גרימת הפסדים נוספים וצלצולים גבוהים יותר.שימוש בגוון אולטרה-ארוך (t <50) או SiCtt tt מפחית את ההשפעה ההרסנית הזו רק עם דליפה באופן דרמטי.
  • (FLT:0)Forward Voltage Drop (V F): ההרחבה התחתונה V F מגבירה את היעילות, במיוחד במתחי פלט נמוכים (למשל, 3.3 V) שבו ירידה של 0.6 V מייצגת הפסד של 18%. ptky diodes מציעים את V F הנמוך ביותר, אך רק עבור דירוגים נמוכים יותר.
  • (FLT:0) Thermal Resistance וחבילה:FLT:1 דידס במגירי זבוב לעתים קרובות חווים RMS גבוה ו זרמים ממוצעים, במיוחד במתח קלט נמוך שבו מחזור החובה גבוה.חום תקין וחבילות כמו D2PAK, עד-220, או על פני השטח-ידי סוגים מעוקלים (למשל, PowerFLATTM) נדרשים לשמור על טמפרטורה בתוך גבולות.

בנוסף, מעגלים נוסטלרים - באופן רטיבית נחירות של RC או קלפי RCD - עשויים להיות נדרשים על פני הדיאודה המשנית לחסן תנודות פרציטיות שנגרמו על ידי ניכוי אינדוקציה ודיודה קפיאנטנס.הצומת של דיודה (C J) תורם גם להפסדים מונעים על ידי קמציות בתדרים גבוהים; יתרון נמוך של Siacitance.

בחירת ה-Flyback Converters

עבור ממיר כרטיס טיסה 100 kHz עם 12 V פלט ו 5 A לטעון, התאוששות מהירה דיודה עם V RRM = 100 V, t rr < 35 ns, ו V F ⁇ 0.9 V יהיה מועמד חזק.ביישומים מתח גבוה יותר כגון USB PD מטען (S) 20 VHz תפוקה מ $ 8-265 VAC), SiC שאט של 650 V יכול להיות מועמד חזק כדי למנוע הפסדי של תפקוד נמוך יותר, אך לעתים קרובות, 000 נמוך יותר, אבל לא צריך לשנות את העלות של עלויות נמוך יותר.

Power Diodes in Buck Converters: מצבי מתמשכים ו ununntinent

המרת ה- bucker מקטין מתח קלט למתח פלט נמוך באמצעות אינדוקטור, אלמנט מעבר, ודיודה (נקרא diode חינם) ב asynchronous (לא סינכרוני) ממיר, את הגוון התנהגות במהלך תקופת פעולת ה- mcred (Moa-mfounding) במהלך התקופה על פני תקופת ON, את הנוכחים בתוך הנתיב, ומכאן מתג ה-CC לאחור, כאשר הוא פועל באופן חופשי, הוא פועל בפועל, ומהפך.

ב CCM, הזרם אינדוקטורי לעולם לא נופל לאפס, כך שהדירוד תמיד יש את ההתפשטות הנוכחית כאשר מתג כבוי.ב- DCM, טיפות הנוכחיות לאפס לפני מחזור הבא, ואת זרם הדירוד מגיע אפס חלק. DCM לעתים קרובות משתמש בערכי חינוך נמוכים יותר והוא מעדיף בתנאי עומס אור.

דיודה בחירה עבור ממירים באק: Key Parameters

  • (FLT:0)Forward הנוכחי דירוג (I F AVGIRGIR) 1:1 הגוון הממוצע שווה I out × (1 - מחזור חובה) אם מחזור חובה נמוך (מתח גבוה קלט), הדיאודה נושאת נוכחית עבור אחוז ארוך יותר של התקופה. A diode מדורג מדורג בדירוג עבור 1.2× הממוצע הוא סטנדרטי.
  • (FLT:0)Reverse Voltage Rating (V RRM): 1 The diode חייב לחסום את מתח הקלט המלא. עבור 12 V-3.3 V buck, קלט הוא 12 V, אבל overshoot במהלך המעבר יכול להגיע 15-20 V, כך 30-40 V Schotky הוא טיפוסי.
  • התנהגות התאוששות מהירה או שאטקי היא חיונית. a סטנדרטית retverse:> עבור CCM פעולה, התאוששות מהירה או diode שאטקי הוא חיוני. a סטנדרטי retifier (למשל, 1N400x) יגרום חוסר יעילות מסיבי והתחממות יתר על המידה.זמן ההתאוששות הפוך צריך להיות פחות מ 1/20 של תקופת המעבר. עבור 200 kHz, t < 25 ns הוא חובה.
  • (FLT:0)Forward Voltage Drop and Efficiency:BuildFLT 1 in low-voltage פלט, הירידה דיודה היא הפסד משמעותי. עבור תפוקה של 3.3 V, ירידה 0.45 V (Schottky) תואמת ל- 13.6% בדלפק בלבד.

ניואנס נוסף הוא כי ב ⁇ גבוה ממירים ( ⁇ 500 kHz), אפילו דיודות שאטקי לתרום הפסדים קיבולים. במקרים כאלה, מעבר להפחתה נמוכה של SiC Schotky או GaN מבוסס synchronous תיקון יכול לשפר את היעילות.

השפעה על שחזור הפוכה על Buck Efficiency

הסגירה לאחור של CCM ממירים זורמים דרך הדירוג של MOSFET כאשר הוא מופעל, להגדיל את אובדן התור שלה ולגרום טבעת כי יכול לעלות על דירוג המתח של MOSFET.זה חמור במיוחד במתח גבוה קלט (למשל, 48 V) יישומים.שימוש בדלפק שאטקי מבטל את הספייק הזה, אבל מעל 100, Vtektage, יש צורך בדלפות גבוהה של ⁇ .

ניתוח השוואתי: Flyback vs Buck Diode

בעוד שתי ההתנצלות דורשת דידות לטפל בזרם חד-צדדי, פרופילי הלחץ שונים:

  • (FLT:0) מתח מתח מתח:FLT:1 ב ממירי באג"ח, הדיודי חוסם את מתח קלט (בדרך כלל ⁇ 48 V ביישומים רבים) במגירים מעופפות, הדיוודה חוסמת שילוב של מתח תפוקה משתקף ומתח קלט (באמצעות יחס הופך), לעתים קרובות מעל 200 V אפילו עבור תפוקה צנועה.
  • (FLT:0Current waveform: FLT:1ib Buck diode הנוכחי ב CCM הוא מלכודות עם מעבר מהיר בתורו-off.Fback diode הנוכחי הוא משולש, שיא בסוף הזמן המתג. RMS הנוכחי יחסית לממוצע הוא גבוה יותר בפסבק, כך הפסדי התנהגות הם גדולים יחסית.
  • (FLT:0) אפקט התאוששות הפוכה: 1 ב buck CCM, התאוששות הפוכה היא תורם אובדן ראשוני כי מ MOSFET הופך להיות מעודן ביצוע. in flyback, התאוששות הפוכה מתרחשת גם אבל לעתים קרובות מצטמצם על ידי הפיכת הדליפה הדליפה אינדוקנס ונחירות; עם זאת, זה עדיין מוסיף להחליף ו- EMI.
  • (FLT:0) ניהול רב-החלים: 1FLT:1 Flyback diodes לעתים קרובות דורשים תנורי חום גדולים יותר או כריות תרמיות כי הם מטפלים בכוח ב הדופקים קצר-זמניים. Buck diodes ב DCM פועל עם זרמי RMS נמוכים יותר, אבל ב CCM עשוי להיות זרמי ממוצע גבוהים יותר.
  • (FLT:0 (Diode Technologyהעדפות:) .FLT:1 נמוך-voltage buckers ( ⁇ 12 V) שימוש מכריע בשקדות של שאטקי. גבוה ממירי באג"ח ( ⁇ 24 V) לעתים קרובות להשתמש אולטרה מהיר או SiC Schotky. Flyback ממירים כמעט תמיד דורשים מהר או SiC Schotky עקב מתח גבוה ומאמץ בינוני (Ric).

חלופות מודרניות: ctification סינכרוני ודיוייד Emulation

בעיצובים עכשוויים רבים, דיאודי גלגל חופשי מוחלפים על ידי מ" MOSFET - תיקון סינכרוני - כדי להפחית את ההפסדים של הפקעת התפוקה (עבור ממירים של מטבע, תיקון סינכרוני הוא סטנדרטי ביישומים נמוכים, יישומים משניים (למשל, VRMs for CPUs), למרות ש-R DS(ET) יכול להיות הרבה יותר נמוך מאשר את הפונקציה DDICD לאחור, במיוחד, כדי למנוע שליטה מהירה.

מסקנה

דיאודות כוח הן רכיבים מכריעים בביצוע של שני ממירי העף והאגש. הירידה במתח קדימה קובעת אובדן התנהגות; התנהגות ההתאוששות לאחור שלהם מכתיבה החלפת הפסדים ו-EMI. בחירת דיוודה מתאימה דורשת איזון מתח, יכולת נוכחית, מגבלות תרמיות, ועלות.עבור ממירי דיודות קלים יותר, שאטקי מצטמצמצמצמצמצמצמצמים במתח נמוך יותר, בעוד שרידים מהירים יותר או גבוהים יותר של Sitky למתחים גבוהים יותר.