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    如何選擇最適宜的二極管?

    作者:海飛樂技術 時間:2018-05-23 21:17

      單相PFC電路輸入電壓為交流230V,電流為7A,輸入標準功率為1.6kW。為了簡化計算,我們認為電流波形為矩形波,占空比恒定為0.5,幅值為10A(矩形波的有效值為計算公式。
      得到必要的參數有助于對功率損耗有一個大概的了解。選擇好合適的器件之后,最好測一下它的動態損耗,來驗證理論假設的正確性。
      表1中的結果是通過在相同的工作條件下測量出來的,這樣我們就可以直接對這幾種不同類型的二極管進行比較。

    表1測試二極管的靜態及動態參數
    測試二極管的靜態及動態參數 
      有了測量值和計算值以后,我么就可以根據給定的設計參數選擇適宜的二極管。根據二極管的功率損耗計算方式式和表2中的數值,圖1給出了二極管的總功率損耗和開關頻率的關系曲線。從圖中可以看出,開關頻率大于50kHz時,串聯型二極管的損耗最低。100kHz時,DSEP 9-06CR的損耗只有單個芯片二極管的80%。因此為了提高整個電路的效率,我們可以選擇串聯型二極管。
      圖2給出了最大允許溫度和開關頻率的關系曲線,同樣應用了表1中的數值。結溫被設定在150℃,這個溫度要低于IXYS HiPerFRED二極管的最高溫度175℃。尺寸最大的二極管(DSEP30-06B)需要最低的散熱條件,因此當周圍溫度比較高,散熱有問題的時侯,這種二極管比較適用。大于80kHz時,串聯型二極管DSEP 9-06CR的性能要優于較小的DSEP8-06A單芯片二極管。這是因為在這個圖中,只出現了二極管的損耗,它們之間的交叉點要高于圖1中的點,因此在二極管的總損耗中,開通損耗要占絕大部分。
    圖1 二極管功率與開關頻率關系曲線
    圖1 二極管功率與開關頻率關系曲線(對應表1)
    圖2 最高允許溫升與開關頻率
    圖2 最高允許溫升與開關頻率(對應表1,Tj=110°)

      當開關頻率在50kHz到100kHz范圍內(大部分PFC電路中所用的頻率)時,必須根據設計的要求來選擇二極管。如果開關頻率已經固定,散熱又沒有問題,DSEP 8-06A是首選,因為它相對比較便宜。如果開關器件還沒有選擇好,那么可以嘗試選擇中聯型二極管,因為它可以減少開關的開通損耗。就這點來看,同單芯片二極管和較大的晶體管相比??偟某杀究梢越档拖聛?,如果開關頻率大于100kHz,或者系統要求高效率,那么無疑要選擇串聯型二極管了。有源吸收網絡在主開關管開通之前給二極管的結電容放電,我們可以去掉這個吸收網絡,這樣,主開關管的漏電流就不存在比較大的反向恢復電流,用低反向恢復電流的串聯型二極管取代傳統的整流橋,在不加輔助電路的情況下,也可以起到同樣的效果。
      有競爭力類型的二極管同IXYS串聯型二極管06EP相比,需要較低的散熱條件。這是因為它的反向恢復時間非常短,根據式(1),它的損耗也比較低,但這種快速的關斷特性付出的代價是存在如圖3所示的EMC問題,DSEP9-06CR關斷比較慢但比較軟,幾乎可以忽略振蕩。圖4表明,同單芯片二極管DSEP8-06A相比,它具有良好的反向恢復特性。
    圖3 其它二極管的關斷曲線
    圖3 其它二極管的關斷曲線
    圖4 串聯型二極管與單聯二極管反向恢復曲線對比

    圖4 串聯型二極管與單聯二極管反向恢復曲線對比

      當把若干個器件串聯時,需要保證電壓均衡。這可以通過給每一個單個器件并聯一個RC吸收網絡,電阻實現靜態電壓均衡,電容實現動態電壓均衡。根據上面的介紹,單封裝、串聯型二極管不再需要外圍的網絡。集成在一個外殼內的芯片都實現了比較好的匹配,它們之間參數的差異也比較小。靜態、動態電壓均衡測試保證了器件的安全性,因此串聯型二極管可以取代單芯片二極管,而不必再受附加電路的限制和制約。
      根據不同的開關頻率就有不同的優化方法。在低頻場合,單芯片二極管是首選,因為它有較低的靜態損耗。在中等頻率范圍內,使用者必須根據所要求的性能指標來選擇合適的二極管。如果需要低損耗,單芯片器件可能是最佳選擇、但也可以考慮較好性能的串聯型二極管,因為使用它以后可以選擇定額小的開關管,這樣就可以降低總的成本。如果周圍的環境溫度比較高,散熱能力又比較差,這時可以選擇具有較大尺寸,散熱特性比較好的器件。選用低動態參數的串聯型二極管可以提高整個系統的效率,因此,在高頻甚至更高頻率的場合,這種二極管應該是最佳選擇。



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