本應(yīng)用筆記介紹了用于用戶線接口卡 (SLIC) 應(yīng)用的高壓反相反激式轉(zhuǎn)換器的二極管選擇過程和緩沖器設(shè)計(jì)。討論了影響電路中開關(guān)瞬態(tài)的關(guān)鍵二極管參數(shù)，以及輸出二極管緩沖電路的設(shè)計(jì)。

簡介

對于速度和切換時(shí)間是一個(gè)重要因素的應(yīng)用，使用滿足您所需的快速反應(yīng)時(shí)間的組件非常有幫助。這些應(yīng)用可能從焊接在 PCB 上的小型電路到大型制造機(jī)器，其中時(shí)間表是成敗的交易。

PC 和電信市場的最新發(fā)展現(xiàn)在將電力電子開關(guān)頻率從線路頻率擴(kuò)展到 MHz 范圍。這一趨勢導(dǎo)致了電子開關(guān)元件技術(shù)的相應(yīng)增長，例如功率整流器和功率開關(guān)。在這些開關(guān)頻率下，超快功率整流器性能非常重要。它要求二極管具有軟恢復(fù)特性的低恢復(fù)電荷和快速導(dǎo)通的低正向壓降。本應(yīng)用筆記的目的是討論影響電路的二極管參數(shù)，以設(shè)計(jì)可靠的電源。

為了列舉二極管參數(shù)對電路性能的影響，本應(yīng)用筆記以使用 MAX1856 的反激電路為例。第一部分簡要介紹這里用作示例的反激電路。第二部分討論了影響電路中開關(guān)瞬態(tài)的重要二極管參數(shù)、輸出二極管緩沖電路的設(shè)計(jì)以及整流器的導(dǎo)通、開關(guān)和反向阻斷對總功耗的貢獻(xiàn)。快速整流器的制造商可能會(huì)列出第二部分中討論的全部或部分參數(shù)。第三部分也是最后一部分討論了該電路中四種不同二極管的性能。這表明了一種評估應(yīng)用電路中不同二極管性能的方法。

MAX1856 反激電路

MAX1856 在這里（圖 1）用于反激配置，從 12V 輸入為用戶線路接口卡 (SLIC) 供電。0.32A 輸出時(shí)的 -90V 用于振鈴功能，而 0.15A 輸出時(shí)的 -30V 用于通話電池。

SLIC 電源示意圖。

MAX1856 電流模式 PWM 控制器使用反相反激式配置來產(chǎn)生 SLIC 電源所需的相對較高的負(fù)電壓。PWM 模式控制器使用固定頻率電流模式操作，其中占空比由輸入輸出電壓比和變壓器匝數(shù)比決定。電流模式反饋環(huán)路根據(jù)輸出誤差信號調(diào)節(jié)峰值電感電流。MAX1856使用低邊外部檢測電阻(圖1中的R1)來監(jiān)控峰值電感電流。控制器開啟后立即將電流檢測電路消隱 100ns，以最大限度地降低噪聲靈敏度。此外，電流檢測引腳 (CS+) 上的濾波器（圖 1 中的 R10 和 C7）可提高抗噪能力。該時(shí)間常數(shù)應(yīng)足夠低，以免使電流檢測信號失真。通常，最大 R10-C7 時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于控制回路正常工作的最小占空比的 1/10。參考MAX1856數(shù)據(jù)資料了解該電路設(shè)計(jì)流程的詳細(xì)指南。

二極管波形和特性

快速整流二極管使用引腳結(jié)構(gòu)的一些變化。從傳導(dǎo)到阻斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)變需要有限的時(shí)間。這稱為二極管的反向恢復(fù)時(shí)間 (trr)。這可以進(jìn)一步分為時(shí)間 ta，在它可以阻止電壓之前去除載流子（通過二極管的電流在短時(shí)間內(nèi)反向），以及時(shí)間 tb，在此期間二極管電壓變?yōu)樨?fù)值變化率 dVR/dt。增加注入以降低正向壓降意味著需要從本征區(qū)移除更多電荷，然后二極管才能阻斷電壓。因此，這將對反向恢復(fù)時(shí)間產(chǎn)生不利影響。快速恢復(fù)整流器制造商通常會(huì)嘗試為這兩個(gè)要求找到最佳平衡點(diǎn)。

反向恢復(fù)波形和定義。

上面的圖 2 給出了快速恢復(fù)整流器的恢復(fù)特性的波形和定義。通過在時(shí)間 ta 期間流過大的反向電流來移除本征區(qū)中存儲(chǔ)的電荷。在這段時(shí)間結(jié)束時(shí)，結(jié)變?yōu)榉聪蚱谩４藭r(shí)的反向電流定義為峰值反向恢復(fù)電流 IRRM。IRRM 的值與通過過零 dIF/dt 的正向電流的變化率成正比。

IRRM = (dIF/dt) × ta

然后反向電流通過在時(shí)間 tb 中以 dIR/dt 的速率復(fù)合而減小。反向恢復(fù)電荷量由下式給出

QRR = (IRRM × trr)/2

其中 trr = ta + tb

一些整流器數(shù)據(jù)表可能會(huì)定義軟度系數(shù) S，其中

S = (ta/tb)

二極管電壓現(xiàn)在以與 dIR/dt 成正比的速率變負(fù)。在二極管恢復(fù)期間，由于變壓器次級中的寄生電感 LLS，電流的這種變化將導(dǎo)致反向電壓過沖。峰值反向電壓 VRRM 由下式給出

VRRM = LLS × dIR/dt

緩沖器設(shè)計(jì)

寄生二極管自電容 CD 由下式給出

CD = (IRRM × trr)/(2 × VRRM)

該寄生電容 CD 與變壓器次級中的寄生電感 LLS 發(fā)生共振，通常會(huì)導(dǎo)致電流檢測信號和應(yīng)用電路中出現(xiàn)噪聲問題。為了抑制這種振鈴，可以在圖 1 中的次級整流器 (D2) 的陰極使用 RC 緩沖器（緩沖器放置在該整流器上，因?yàn)樵撦敵鏊璧妮敵龉β首畲螅＞彌_器元件值 R5 和 C10 由下式給出（見圖 1）

R5 = √ (LLS/CD) 和 C10 = 3 × CD 或 C10 = 4 × CD

整流器功耗

最后，在不同的操作模式下考慮整流器的功耗。在開關(guān)導(dǎo)通期間，能量正在積累并存儲(chǔ)在變壓器中。在此期間，整流器處于阻塞狀態(tài)。阻塞狀態(tài)的損失可以表示為

PR = IR × VR × D

其中 IR 是二極管的反向漏電流，VR 是二極管的反向電壓，D 是占空比。

在此周期結(jié)束時(shí)，開關(guān)關(guān)閉，能量轉(zhuǎn)移到輸出。二極管現(xiàn)在開始導(dǎo)通，二極管中耗散的功率為

PF = IF × VF × (1-D)

其中 IF 是二極管的正向電流，VF 是二極管的正向壓降。

在此周期結(jié)束時(shí)，二極管關(guān)閉并進(jìn)入阻塞狀態(tài)。從導(dǎo)通狀態(tài)過渡到阻斷狀態(tài)期間的功耗由下式給出

Prec = VRRM × IRRM × 0.5 × f × tb

其中 IRRM 是峰值反向恢復(fù)電流，VRRM 是峰值反向電壓，f 是開關(guān)頻率。

編輯：hfy