Power diyotlar modern güç elektroniklerinde temel bina bloklarıdır, özellikle de uçup ve buck dönüştürücüleri gibi elektriksel malzemeler (SMPS) gibi geçişli güç malzemeleri (SMPS) için diyot özelliklerini dikkatli bir şekilde değerlendirmelidir. Görünüşe göre basit, dinamik davranışları - özellikle ters kurtarma sırasında - özellikle de etkili etkiler dönüştürücü, elektromanyetik müdahale (EMI), ve uzun vadeli güvenilirlik.

Power Diodes'un anahtarlama perdeleri

Power diyotlar, geçiş döngüsündeki belirli aralıklarda yürüten tek yönlü anahtarlar olarak hizmet eder. İdeal diyotlara aksine, gerçek güç diyotları, gerilim damlasını, ters sızıntıyı mevcut kılar ve en önemlisi, geri kurtarma davranışı olarak adlandırılır.Dönderlik süresine doğru ilerlerken, ters yöndeki geri dönüşler anında geri dönüşümlü olarak devre dışı bırakılır; bağlantıdaki azınlık taşıyıcıları, diyot bloklarının en aza indirmek için geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlüdür.

  • [FONT:0)Schottky Diodes: [Dönemli geri dönmeli büyük cihazlar, düşük ileri gerilim damla (tipik olarak 0.3-0.6 V), ancak sınırlı geri dönüşüm puanı (genellikle ≤ 200 V).
  • [FONT=0) <24|0|0|0|0|0|0|0|xbright Kurtarma Diodes: [[Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: 0,4;)))) ve daha yüksek gerilimleri engellemeye devam eden, 60-150 kHz'de çalışan uç dönüştürücüler için en iyi uzlaşma sağlar.
  • [FONT=0)Siliconplastik (SiC) Schottky Diodes:[Döneticileri 1 ), özellikle 400 V otobüs sistemlerinde (örneğin, yüksek sıcaklık kapasitesi (>200 °C) ve gerilim puanları yüksek verimsiz, yüksek frekanslı sinek geri dönüşüm ve boğa dönüştürücüleri haklıdır.

Bu aileler arasında seçim, dönüştürücü topolojiye, işletim frekansına, gerilim stresine ve termal kısıtlamalara bağlıdır. Aşağıdaki bölümler uç ve buck dönüştürücülerin özel taleplerini bozar.

Flyback Converter'taki Power Diodes: Operasyon ve Stres

Uçan dönüştürücü aslında bir tırtağı (tipik olarak bir MOSFET) ile bir çiftleştirici (transformer) olan bir devretme dönüştürücüdür. Operasyon, iki ayrı aşamada tanımlanabilir. birincil-side geçiş sırasında (tipik olarak bir MOSFET), birincil rüzgarda mevcut rampalar, ikincil gerilimde enerji tasarrufu sağlar.

Uçma için kritik parametreler

  • [FONT=0)Reverse Blocking Gerilim (V RRM): [Dönderin değeri 1,0) Yüksek çözünürlükte görülen 5 V (eğer herhangi bir) yüksek gerilim (örneğin, 100 V) için% 600 V çıktısı gerekir.
  • Reverse Recovery Time (t rr) ve Şarj (Q rr): Uçucu dönüştürücüler, birincil geçiş tekrar ortaya çıktığında, geri dönüş akımı, dönüşüm ve birincil geçiş yoluyla dolaşıma neden olur.
  • [FONT=0)Forward Ger Drop (V F): ) Alt V F, özellikle düşük çıktı gerilimlerinde (örneğin, 0.6 V) %18 oranında bir düşüş gösterir. Schottky diyots en düşük V F sunar, ancak daha yüksek çıktılar için, ultrafast diyotlar daha düşük V F (örneğin, 10 A)
  • [FONT=0] ⁇ Direniş ve Paket:[DDD2PAK, TO-220 veya yüzeydeki klipler genellikle yüksek RMS ve ortalama akımları deneyimliyor, özellikle de görev döngüsü yüksek olduğunda düşük giriş gerilimi. Proper ısısinking ve paketler D2PAK, TO-220 veya yüzey-toplayıcılar (örneğin, PowerFLATTM) sınırları içinde kavurma ısıtmak için gereklidir.

Ek olarak, çöp devreleri - bir RCD fikre veya bir RCD fikre - yüksek frekanslarda ikincil diyot boyunca gerekli olabilir; SiCottkies bu konuda avantajlıdır.

Flyback Converter için Doğru Diode'yi seçin

Pratik 100 kHz 12 V çıkışı ve 5 A yükü ile uçarak, V RRM = 100 V, t rr < 35 ns ve V F ≤ 0.9 V, USB PD şarj şarj cihazı gibi daha yüksek gerilim uygulamaları olacaktır (20 V çıktısı 85-265 VAC), bir SiCottky ile 650 V derecelendirmesi, 150+ kHz'de işlemden tasarruf ve dönüşüme izin vermek, ancak düşük maliyetli tasarımlarda genellikle ultra hızlı bir şekilde kullanılabilir.

Buckpacks'taki Power Diodes: Sürekli ve Discontinuous Modes

Buck dönüştürücü, bir giriş geriliminin daha düşük bir çıkış gerilimine bir giriş gerilimine, bir anahtarlama elemanına ve bir diyot (eskiden diyot) bir aminkron (örneğin, geçiş olmadan) buck dönüştürücü, indüktör sürekliliği yüksek yanlı MOSFET'nin giriş süresi boyunca, bu nedenle indüktör akımın uzunluğuna kadar uzanır.

CCM'de, inductor mevcut asla sıfıra düşmez, bu yüzden diyot her zaman daha yüksek dalgalara ve dikkatli kontrol gerektirdiğinde mevcut düşüşe neden olur.In DCM, mevcut bir sonraki ON döngüsünden önce sıfıra düşer ve diyotun üzerinde hızla düzelmemektedir. DCM genellikle daha düşük yük koşullardan tasarruf sağlar.

Buckpacks için Diode Seçimi: Anahtar Parametreler

  • [FONT=0)Forward Current Rating (I F AVG): [Dönetici: 1) Ortalama diyot akımı I out × (1 – Duty Döngüsü) Eğer görev döngüsü düşük (yüksek giriş gerilimi), diyot, dönemin daha uzun bir yüzdesi için mevcut.
  • [FONT=0)Reverse Gerilim Puanı (V RRM): ), diyotun tam giriş gerilimini engelleyebilmesi gerekir. 12 V to 3.3 V buck için giriş 12 V, ancak geçiş sırasında aşırı hız 15-20 V'ye ulaşabilir, bu yüzden 30-40 V'a kadar V, 100 V ultra hızlı veya SiC cihazlarının kullanılması tipik.
  • Reverse Recovery Davranışı: CCM operasyonu için, hızlı bir kurtarma veya Schottky diyot gereklidir. standart bir retifier (e.g., 1N400x) büyük verimsiz ve aşırı ısıtmalı gecikmeli gecikmeler için ideal hale gelecektir.Daha yüksek gerilimler için, daha yüksek gerilimler için ultra hızlı diyotlar için, t rr < 25 ns zorunludur. Schottky Schottkis sıfır kurtarma sağlar.
  • [FONT:0)Forward Germe ve Verimlilik: [Dönetici: [Dönderlik:0) Düşük gerilimli çıktılarda, diyot damlası genellikle 5 V'in altındaki çıktılar için kullanılır.(% 12 V) ceza daha küçük Schottky diyotlarla% 13,6 daha küçük bir kayıptır.

Başka bir nuance yüksek frekanslı buck dönüştürücüler (≥ 500 kHz), Schottky diyotlar bile kapasite kaybına katkıda bulunur. Bu tür durumlarda, düşük kapasiteli SiCottky veya GaN tabanlı senkronizasyona geçiş verimliliğini artırabilir.

Buck Verimliliği Üzerine Geri Verme Etkisi

CCM buck dönüştürücülerinin geri dönüşü yüksek oranda akışa yol açıyor (örneğin, 48 V) Bu artışı ortadan kaldırırken, 100 V'nin üzerindeki gerilimleri artırmak ve MOSFET'nin gerilim notunu aşabilecektir.Bu özellikle yüksek giriş gerilimi (örneğin, 48 V) uygulamalardır.Bir Schottky diyotunu kullanarak bu artışı ortadan kaldırır, ancak Schottkys'in üzerindeki yüksek sızıntı ve sınırlı kullanılabilirlik sağlar.

Karşılaştırmalı Analiz: Buck Diode Gereksinimlerine Karşı Uçun

Her iki topoloji de, diyotların mevcut olmayan şekilde idare etmesi gerekirken, stres profilleri farklıdır:

  • [[Düzg:0)Voltage stresi:[Dönder:) ] In buck dönüştürücüler, diyot giriş gerilimi (tipik olarak ≤ 48 V birçok uygulamada) İndüktörler, diyotlar, yansıtlı gerilim ve giriş geriliminin bir kombinasyonunu engeller (dönüşümlü dönüş oranı), genellikle 200 V'yi mütevazı çıktıya kadar aşıyor.
  • [FONT:0)Current dalgaform:[Dönetici:[Dönetici:0) CCM'de mevcut Buck diyot, geri dönüşte hızlı bir geçişle daha büyük bir hıza sahiptir. Flyback diyot akımı, geçiş zamanı sonunda zirveye ulaşır. RMS akımının sonunda daha yüksek olduğu için, bu yüzden iletim kayıpları orantılı olarak daha büyük.
  • [FONT:0)Reverse kurtarma etkisi:[Dönetici:[Dönetici] In buck CCM, ters kurtarma birincil bir kaybıdır, çünkü yüksek yanlı MOSFET, bir diyot üzerinde döner, geri dönüş de gerçekleşir, ancak sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kaybolun.
  • [FONT:0] ⁇ yönetimi:[Dönetici:[Dönetici:0) Flyback diyotlar genellikle daha büyük ısıtıcı veya termal pedler gerektirir, çünkü DCM'deki Buck diyotlar daha düşük RMS akımlarıyla çalışır, ancak CCM daha yüksek ortalama akımlara sahip olabilir.
  • [FONT=0)Diode teknoloji tercihleri: [DFLT:1] Low-voltaik buck dönüştürücüler (≤ 12 V) Schottky diyotları ezici bir şekilde kullanır. Yüksek gerilimli buck dönüştürücüler (≥ 24 V) sık sık ultra hızlı veya SiCottky kullanır.

Modern Alternatifler: Senkron Rectification and Diode Emulation

Birçok çağdaş tasarımda, ücretsiz diyot diyot, bir MOSFET tarafından değiştirildi - son derece düşük enerjili devreleri azaltmak için, senkronizasyonu daha düşük maliyetli hale getirmek için, MOSFET, düşük zamanlı kontrolden kaçınmak için standarttır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Power diyotlar hem uçarak hem de buck dönüştürücülerin performanslarında belirleyici bileşenlerdir. İleri gerilimleri düşük gerilimler belirlerken, ters iyileşme davranışı hem de SiCottky diyotları daha yüksek hızlarda sabit hale getirir.