—二極管在開關(guān)瞬間會引發(fā)EMI問題
出處:電子發(fā)燒友 發(fā)布于:2019-04-25 14:30:58
● 3.3V、5V、12V、15V、24V和48V輸出,功率高達(dá)40W
● 2 x 1in包封封裝可在惡劣條件下可靠運(yùn)行
Flex電源模塊(Flex Power Modules)現(xiàn)面向工業(yè)和鐵路行業(yè)推出PKE-A系列DC-DC電源模塊,進(jìn)而擴(kuò)大其產(chǎn)品范圍,以便滿足這些行業(yè)不斷增長的需求。該模塊采用密封和包封封裝,可確保其在遭受灰塵、潮濕、劇烈振動和其他惡劣條件時可靠地工作。
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對于工業(yè)應(yīng)用,PKE8000A系列以業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的2 x 1in外形尺寸,提供了高可靠性、高性能和堅(jiān)固耐用的DC-DC解決方案;由于其具有9至75V(8:1)的超寬輸入范圍,因此可在12V、24V或48V電源電壓下進(jìn)行工作。該系列可提供高達(dá)40W的輸出功率,效率高達(dá)91%,還可提供高達(dá)400萬小時的平均無故障時間(MTBF)和2250VDC的輸入至輸出隔離。這類器件符合的IEC/EN/UL62368-1安全標(biāo)準(zhǔn)。
對于鐵路應(yīng)用,PKE7000A系列采用相同的2 x 1in行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝,但這次采用了43至160V輸入,輸出功率高達(dá)30W。因此,它適用于72V和/或110V標(biāo)稱電源的大多數(shù)板載要求,這在鐵路行業(yè)為常見。該器件符合EN50155鐵路標(biāo)準(zhǔn),并且其MTBF高達(dá)500萬小時,可以滿足苛刻的應(yīng)用需求。
Flex電源模塊產(chǎn)品管理和業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)Olle Hellgren評論道:“PKE-A系列就是我們?yōu)橹С止I(yè)和鐵路應(yīng)用而推出的各種新產(chǎn)品之一,也是是我們之前宣布進(jìn)軍這些重要細(xì)分市場的一個關(guān)鍵組成部分。”
PKE8000A和PKE7000A系列現(xiàn)可滿足樣品和量產(chǎn)需求。■ 二極管的單向?qū)ㄐ?、大于某電壓就?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(rèn)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?yàn)榻Y(jié)電容的存在,二極管在零偏置、正向?qū)?、反向截止這三個狀態(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?br /> ■ 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(shí)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:
▼ 圖-1 ▼
圖-1:零偏置轉(zhuǎn)換為正向?qū)?br />
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:
▼ 圖-2 ▼
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(dá)到IRP,隨后反向過沖電壓也達(dá)到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(shí)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??梢钥吹蕉O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)。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(yuǎn)小于反向恢復(fù)時間,所以我們在二極管的器件手冊上通??吹讲坏疥P(guān)于正向恢復(fù)時間的參數(shù)。
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