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用于监视器的新型阻尼二极管及调制二极管

用于监视器的新型阻尼二极管及调制二极管

点击数:7826 次   录入时间:03-04 11:39:27   整理:http://www.55dianzi.com   元器件特点及应用
随著电视机及监视器水平偏转频率变得越来越高,需要动态参数优良的阻尼二极管(VFP低、trr小)。本文将介绍新系列的水平偏转电路的阻尼二极管及调制二极管,以及如何选择这些器件。

水平偏转电路中阻尼二极管的主要参数
为了明了阻尼二极管的主要参数,有必要回顾一下水平偏转电路基本电路的特性。图1是水平偏转基本电路(没有包含校正),图2是电源电流的波形以及电压的波形。在t = t0时,晶体管开始导通。偏转线圈中的电流,也就是晶体管中的电流为IT = IL = (V0/L)t,二极管两端的电压VT等於VCEsat。阻尼二极管截止。在t = t1时,晶体管由导通变成截止。这时电路成为一个L-C谐振电路。在二极管两端出现高电压(数值一般是1100V,所以需要用1500V的元件)。这时,电流从峰值IP变成-IP。在t = t2时,电压VT变成负的,阻尼二极管开始导通。二极管及偏转线圈中的电流可以表示为ID = IP - (V0/L)t。在t0 + T时,上述过程重新开始。
  对於阻尼二极管,要考虑:正向压降VF及导通功率损耗Pcond、正向电压的峰值VFP及由截止到导通的开关损耗Pon、泄漏电流及其引起的反向功率损耗、反向恢复时间trr及导通变截止的功率损耗Poff。


图1 简化了的水平偏转电路图


图2 水平偏转电路中电流和电压的波形

  正向压降VF及导通功率损耗Pcond可以用下式计算:
Pcond = Vt0.δ.IP/2 + Rd.δ. IP2/3
而VF(IF) = Vt0 + Rd IF,其中δ是占空比,IF是正向电流, Vt0是阈电压,Rd是正向电阻。以DTV1500M阻尼二极管为例,由使用说明书查得:Vt0 = 1.37 V、Rd = 0.047 Ω,以及IF = 4 A、δ = 0.45,於是得到Pcond = 1.35 W。

  正向电压的峰值VFP及由截止到导通的开关损耗Pon。在t = t2时,二极管由截止变成导通,在二极管上有电流流过,它两端的电压VFP很高(参见图3),切换过程会引起能量损耗Won。切换过程所损耗的能量可以用下式计算:
Won = ∫0 tfr vidt
二极管从截止变成导通的开关功率损耗可以由Pon = Won F得到。以二极管DTV1500M为例,由图3可以得到Won = 14μJ,以及Pon = 0.98 W(在频率为70 kHz时)。在开关频率很高时,由这个例子可以看到,Pon 就很大,VFP成为一个关健的参数。VFP的数值随著(dI/dt)ON而增大。在这种应用中,这个参数主要是取决於印制电路板的布置,通常低於100A/μs。


图3 阻尼二极管从截止到导通时的电流、电压以及切换过所损失的能量

  泄漏电流及其引起的反向功率损耗。新系列的阻尼二极管是用新的技术制造,它的泄漏电流很小;与其它因素所引起的功率损失相比,泄漏电流所引起反向功率损耗(Prev)可以忽略不计。
  反向恢复时间trr及导通变截止的功率损耗Poff。在t = t0时,二极管由导通变成截止。这时二极管上的电压很低(等於晶体管的饱和电压VCEsat),在阻尼二极管上消耗的功率Woff也很小(从t0至t1这段时间消耗的功率)。由於这时加在阻尼二极管上的电压很低,它有时间把反向恢复电荷全部清除掉。在一定频率下,如果trr过大,当晶体管在时刻t1变成导通时,阻尼二极管中就仍然会留有未清除掉的电荷。在这种情况下,反向恢复电荷是在高电压的情况下清除的,从而引起很大的切换能量损失(Woff)(见图2)。这个频率定义为临界频率FC。
当开关频率低於临界频率FC时,Woff可以忽略,因为在时刻t0,阻尼二极管己经把所有的反向恢复电荷全部搬走了。在开关频率高於FC时,切换时消耗的能量会很快地增加,会导致温升过高。这个临界频率不仅取决於反向恢复时间,而且也与二极管的结点温度以及晶体管的饱和压降VCEsat有关。VCEsat越大,频率FC越高(二极管更快地清除这些电荷)。
在设计偏转电路时,重要的一点是,应当保持Woff很小,使得结点温度在控制范围之内。这就是意法半导体之所以研制反向恢复时间短的器件的原因。
图4总结了不同阶段的功率损耗如下:
●Pon是与VFP及F成正比。
●Pcond取决於VF(Vto、Rd),IP以及δ。
●Prev可以忽略。
●在F < FC时,Poff可以忽略,在F > FC时,Poff增加很快。
● FC取决於trr、Tj(二极管工作时的结点温度)、VCEsat。

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