利用计算机设计单片开关电源讲座(第八讲)

《利用计算机设计单片开关电源讲座(第八讲)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、利用计算机设计单片开关电源讲座(第八讲)

2、第1...摘要：介绍单片开关电源外围电路中关键元器件的性能特点、工作原理、应用领域和选择方法。关键词：瞬态电压抑制器；快恢复二极管；超快恢复二极管；自恢复保险丝4瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器亦称瞬变电压抑制二极管，其英文缩写为TVS（TransientVoltageSuppressor），是一种新型过压保护器件。由于它的响应速度极快、钳位电压稳定、体积小、价格低，因此可作为各种仪器仪表、自控装置和家用电器中的过压保护器，还可用来保护单片开关电源集成电路、MOS功率器件以及其它对电压敏感的半导体器件。瞬态电压抑制器是一种硅P

3、N结器件，其外型与塑封硅整流二极管相似，见图1（a）。常见的封装形式有DO－41、A27K、A37K，它们在75℃以下的额定脉冲功率分别为2otorola公司P6KE15015051P6KE2002005(600＊)1BZY97C1201201.51BZY97C2002001.51BZT03C1201203.251＊括弧内数字为峰值脉冲功率Pp。5快恢复及超快恢复二极管快恢复二极管（FRD）和超快恢复二极管（SRD）是极有发展前途的电力电子半导体器件。它们具有开关特性好、反向恢复时间短、耐压高、正向电流大、体积小、安装简便等优点。可广泛用于脉宽调制器、单片开

4、关电源、不间断电源（UPS）、高频加热装置、交流电机变频调速等领域，作为高频、大电流的整流二极管、续流二极管或阻塞二极管。下面介绍其性能特点和选取原则。5.1快恢复及超快恢复二极管的性能特点1）反向恢复时间反向恢复时间trr的定义是电流通过零点由正向转向反向，再由反向转换到规定低值的时间间隔。它是衡量高频整流及续流器件性能的重要技术指标。反向电流的波形如图2所示。图中，IF为正向电流，IRM为最大反向恢复电流，Irr为反向恢复电流，通常规定Irr=0.1IRM。当t≤t0时，iF=IF。当t>t0时，由于整流管上的正向电压突然变成反向电压，因此正向电流迅速减

5、小，在t=t1时刻，iF=0。然后整流管上流过反向电流iR，并且iR逐渐增大；在t=t2时刻达到最大反向电流IRM。此后反向电流逐渐减小，并且在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。由t1到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。2）快恢复二极管的结构特点快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中增加了基区I，构成P－I－N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向电压，使管子能承受很高的反向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百ns，正向压降为0.6～0

6、.7V，正向电流是几A至几kA，反向峰值电压可达几百V至几kV。超快恢复二极管则是在快恢复二极管基础上发展而成的，其反向恢复电荷进一步减小，trr值可低至几十ns。20A以下的快恢复二极管及超快恢复二极管大多采用TO220封装。从内部结构看，可分成单管、对管两种。对管内部包含两只快恢复或超快恢复二极管，根据两只二极管接法的不同，又有共阴对管、共阳对管之分。几十A的快恢复、超快恢复二极管一般采用TO3P金属壳封装，更大容量（几百A至几kA）的管子则采用螺栓型或平板型封装。5.2选择方法在单片开关电源中，一般采用超快恢复二极管作为阻塞二极管、输出整流管或反馈电路中

7、的整流管。图2反向恢复电流的波形图3肖特基二极管的伏安特性1）阻塞二极管在初级保护电路中与钳位二极管（TVS）配套使用的阻塞二极管（VD1），须用超快恢复二极管。其反向恢复时间trr≤75ns，多数管子在20ns～50ns之间。典型产品有美国通用仪器公司（GI）生产的UF4000、UF5400两大系列，荷兰飞利浦公司生产的BYV26系列、BYV27系列、BYUR100系列。选取原则见表2。表2选取阻塞二极管的原则单片开关电源集成电路阻塞二极管的反向耐压URM/V超快恢复二极管型号示例TOP100系列400UF4004BYV26BMUR140TOP200系列600U

8、F4005BYV26CMUR160TOPSax（3）举例说明，某单片开关电源的输出电压UO=12V，最大连续输出电流IOM=5A，最大输出功率POM=图4电阻－温度特性60≥93.4V。将IOM=5A代入式（2）中得到Id≥15A。此时可选择Motorola公司生产的MBR20100型肖特基二极管，其URM=100V>93.4V，Id=20A>15A，trr<10ns，完全能满足上述条件。需要指出，肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，仅适合作低压、大电流整流用。当UO≥30V时，须用耐压100V以上的超快恢复二极管来代替肖特基二极管

9、，此时电源