Jak zaprojektować obwód napięcia diody w układzie zasilania komunikacyjnego?

1. Zasada działania obwodu zacisku napięcia diody
(1) Podstawowe zasady
Obwód zaciskania napięcia diody składa się głównie z jednej lub więcej diod, które wykorzystują jednokierunkową przewodność diod w celu uzyskania funkcji zaciskania napięcia. Gdy napięcie w obwodzie przekracza napięcie przewodzenia diody, dioda przewodzi, zaciskając napięcie w pobliżu napięcia przewodzenia diody; Gdy napięcie jest niższe niż napięcie przewodzenia diody, dioda gaśnie i nie ma to wpływu na normalną pracę obwodu.
(2) Charakterystyki pracy różnych typów diod
Zwykła dioda: ma stałe napięcie przewodzenia, zwykle około 0,6-0,7 V (lampa krzemowa) lub 0,2-0,3 V (lampa germanowa). Jego prędkość przewodzenia jest duża, ale dokładność napięcia mocowania jest stosunkowo niska.
Dioda Zenera: Może utrzymać stabilne napięcie przebicia wstecznego w określonym zakresie prądu w stanie przebicia odwrotnego. Wybierając odpowiednie napięcie przebicia diody regulatora napięcia, można precyzyjnie sprowadzić napięcie do żądanej wartości.
Dioda Schottky'ego: Ma niskie napięcie przewodzenia w kierunku przewodzenia (zwykle 0,2-0,4 V) i dużą prędkość przełączania, odpowiednią do zastosowań wymagających wysokiego napięcia mocowania i szybkości reakcji.
2. Punkty projektowe obwodu zacisku napięcia diody
(1) Wybór diody
Dobierz zgodnie z wymaganiami dotyczącymi napięcia zaciskania: Jeżeli wymagane jest precyzyjne napięcie zaciskania, należy dobrać diodę regulującą napięcie i określić jej napięcie przebicia zgodnie z wymaganiami systemu. Jeśli wymagania dotyczące precyzji napięcia zaciskania nie są wysokie, zwykłe diody lub diody Schottky'ego również mogą spełnić to zapotrzebowanie.
Weź pod uwagę obciążalność prądową: Podczas przewodzenia dioda będzie przepływała określoną ilość prądu, dlatego należy wybrać diodę o wystarczającej obciążalności prądowej, aby mieć pewność, że dioda nie ulegnie uszkodzeniu w wyniku przegrzania w przypadku przepięcia.
Zwróć uwagę na czas powrotu do tyłu: Czas powrotu do tyłu odnosi się do czasu wymaganego, aby dioda przeszła ze stanu przewodzenia do stanu odcięcia. W systemach zasilania komunikacji o wysokiej-częstotliwościach należy wybierać diody o krótkim czasie powrotu do wartości zwrotnej, aby zmniejszyć straty przełączania i zakłócenia elektromagnetyczne.
(2) Wybór struktury topologii obwodu
Zacisk z pojedynczą diodą: odpowiedni w sytuacjach, gdy napięcie zacisku nie jest wysokie, a amplituda przepięcia jest mała. Konstrukcja jest prosta, a koszt niski, ale dokładność mocowania jest ograniczona.
Double diode clamping: composed of two diodes connected in reverse series, it can improve the accuracy and reliability of clamping voltage. When one diode fails, the other diode can still play a certain clamping role.
Wielopoziomowy obwód zaciskający: Łącząc kaskadowo wiele diod, można uzyskać stopniowane zaciskanie różnych amplitud przepięć, poprawiając odporność obwodu na przepięcia.
(3) Obliczanie parametrów
Obliczanie napięcia cęgów: W przypadku obwodu zaciskania diody regulatora napięcia napięcie zaciskania jest równe napięciu przebicia diody regulatora napięcia. W przypadku zwykłych obwodów zaciskowych diody lub diody Schottky'ego napięcie zacisku jest w przybliżeniu napięciem przewodzenia diody w kierunku przewodzenia plus inne spadki napięcia w obwodzie.
Obliczanie prądu: Oblicz prąd przepływający przez diodę przewodzącą w oparciu o amplitudę i czas trwania przepięcia. Jednocześnie należy wziąć pod uwagę prąd obciążenia w obwodzie, aby upewnić się, że całkowity prąd diody nie przekroczy jej prądu znamionowego.
Obliczanie mocy: Oblicz stratę mocy diody na podstawie jej prądu przewodzenia i napięcia zacisku. Wybierz diody o wystarczającej mocy, aby mieć pewność, że nie ulegną uszkodzeniu w wyniku przegrzania podczas długotrwałej-pracy.
3. Możliwe problemy i rozwiązania napotkane w procesie projektowania
(1) Napięcie cęgów jest niestabilne
Przyczyna problemu: Może być spowodowana dużą zmiennością parametrów diody, zmianami temperatury lub zmianami parametrów innych elementów obwodu.
Rozwiązanie: Zastosuj obwód kompensacji temperatury, aby zmniejszyć wpływ temperatury na napięcie zacisku; Wybieraj diody o dobrej spójności parametrów; Dodaj obwód kontroli sprzężenia zwrotnego do obwodu, aby monitorować i regulować napięcie cęgów w czasie rzeczywistym-.
(2) Przegrzanie i uszkodzenie diody
Przyczyna problemu: Zwykle jest to spowodowane tym, że prąd lub moc diody przekracza jej wartość znamionową lub słabe odprowadzanie ciepła.
Rozwiązanie: Rozsądnie wybierz model i specyfikacje diody, aby mieć pewność, że jej prąd i moc spełniają wymagania; Zoptymalizuj projekt obwodu, aby zmniejszyć prąd diody i straty mocy; Dodaj urządzenia rozpraszające ciepło, takie jak radiatory, wentylatory itp., aby poprawić zdolność rozpraszania ciepła przez diody.
(3) Problem z zakłóceniami elektromagnetycznymi
Przyczyna problemu: Dioda generuje szybkie zmiany prądu podczas przewodzenia i momentów odcięcia, co powoduje zakłócenia elektromagnetyczne.
Rozwiązanie: Podłącz kondensatory lub cewki równolegle do diody, aby utworzyć obwód filtrujący, który tłumi zakłócenia elektromagnetyczne; Zastosuj środki ekranujące, aby osłonić diodę i obwód zaciskowy, redukując promieniowanie elektromagnetyczne.
4. Przykład projektu
Biorąc za przykład przetwornicę DC-DC w komunikacyjnym systemie zasilania, zaprojektuj obwód zaciskania napięcia diody, aby chronić wrażliwe komponenty po stronie wyjściowej. Zakładając, że napięcie wyjściowe wynosi 5 V, należy ograniczyć przepięcie poniżej 6 V.
Wybór diody: Wybierz diodę regulatora napięcia o napięciu przebicia 6 V, prądzie znamionowym 1 A i mocy 1 W.
Topologia obwodu: Przyjmując pojedynczy obwód zaciskowy diody regulatora napięcia, dioda regulatora napięcia jest podłączona odwrotnie, równolegle pomiędzy zaciskiem wyjściowym a masą.
Weryfikacja parametrów: Dzięki symulacji i weryfikacji eksperymentalnej dioda regulatora napięcia może normalnie przewodzić w warunkach przepięcia, ograniczać napięcie wyjściowe poniżej 6 V i zapewniać, że prąd i straty mocy diody regulatora napięcia mieszczą się w zakresie znamionowym.

https://www.trrsemicon.com/diode/dip-diode/mbr20200cft-to-220f.html