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【冷知識】慢恢復管在開關電源中的妙用
2018.10.13

由于開關電源始終處在打開和關閉的循環,這就要求開關電源中的器件有較高的強度和較短的反應時間。通常來說,開關電源的工作效率在幾十Khz到上百Khz之間。為了能夠滿足頻繁的開關模式,開關電源當中的整流管對Trr時間有嚴格的要求,理論上,不能使用一般的二極管,而是要使用超快恢復的肖特基二極管。

如果是這樣的話,慢恢復的二極管就不能使用在開關電源當中了嗎?事實上,開關電源中合理的使用慢恢復二極管將會得到意外的驚喜。下面將以兩個實例的分析來說明。

下面就和網友分享一下兩個工作中的實例:

案例一

慢恢復工頻整流管1N4007用于主控IC供電繞組整流,解決多繞組系統,偏置電壓偏高問題。

使用某IC做5路輸出DVB電源,批量生產過程中,發現不良率較高,癥狀為電源不工作或打嗝。去到工廠實測發現IC的供電電壓偏高,IC過壓保護機制觸發。

大家都知道,多路輸出電源,要做到很好的交叉調整率是相當考驗變壓器設計功底的,偏置供電繞組電壓偏高再所難免??蛻粢呀浥可a了1W多套電源,重新設計變壓器顯然不是很好的解決方案。整流二極管串聯的電阻加大其作用也是有限的,畢竟其主要作用在濾除尖峰電壓,而引起IC保護的是偏置繞組電壓偏高。這個時候慢整流管的魅力就體現出來了。最終的解決方案就是將客戶原方案中的快恢復二極管HER108換為1N4007,問題得到完美解決。具體見圖1:


圖1


有的人可能會問,慢管用在這里會不會有什么安全隱患,合適嗎?

確實,開關電源整流管是不能用慢管的,但是這里確實合適的。因為IC供電電流基本在mA級別,負載不大,所以用慢管也不會有問題。

案例二

Flyback中RCD吸收電路使用慢管1N4007,解決主開關上的漏感尖峰電壓應力及EMI輻射問題。


圖2


常見的RCD吸收電路結構如圖2(D1一般用快恢復二極管)。

如果變壓器設計不合理,漏感大的話,開關管管斷時,漏感電壓較大,振蕩時間較長,導致MOS電壓應力比較大,EMI輻射超標。


圖3


圖3是D1使用快恢復二極管HER108的實測波形。

黃線為RCD中C1的波形,粉色為開關管漏極波形,藍色為R1的電壓波形。顯然漏極振蕩時間較久,峰值較高。如果把D1換為工頻整流管1N4007會怎樣呢?

下面便是1N4007的表現:


圖4


很明顯,漏極振蕩被完美抑制,峰值也大大減小,從而減低MOS的電壓應力,以及大大改善EMI.


細心的朋友會發現,R1的電壓峰值變大。這是為什么呢?因為1N4007反向恢復時間較長,所以C1的電會回流造成的。

有文獻指出真是這能量回流,減低R2的損耗,會提高電源的效率,但是經過實測并未發現效率上有改善,所以這里持保留意見。

不夠能量回流倒是實實在在存在的,理論分析和實測結果都已顯示。也正是這個原因,會導致1N4007發熱量會比較大,所以此方案適用于小功率Flyback,大功率不建議使用。

如果設計中,遇到MOS電壓應力比較大并且EMI總超標,不妨試試此方案。

雖然在日常的開關電源設計當中,并不推薦使用反應較慢的二極管,但這并不意味著它在設計中毫無用處。這類二極管反而能夠解決一些比較棘手的問題。所以在學習和設計中遇到問題時,不如換一種方式來思考,也許問題就迎刃而解了。


來源:電源網

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