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如何选择最适宜的二极管?

作者:海飞乐技术 时间:2018-05-23 21:17

  单相PFC电路输入电压为交流230V,电流为7A,输入标准功率为1.6kW。为了简化计算,我们认为电流波形为矩形波,占空比恒定为0.5,幅值为10A(矩形波的有效值为计算公式
  得到必要的参数有助于对功率损耗有一个大概的了解。选择好合适的器件之后,最好测一下它的动态损耗,来验证理论假设的正确性。
  表1中的结果是通过在相同的工作条件下测量出来的,这样我们就可以直接对这几种不同类型的二极管进行比较。

表1测试二极管的静态及动态参数
测试二极管的静态及动态参数 
  有了测量值和计算值以后,我么就可以根据给定的设计参数选择适宜的二极管。根据二极管的功率损耗计算方式式和表2中的数值,图1给出了二极管的总功率损耗和开关频率的关系曲线。从图中可以看出,开关频率大于50kHz时,串联型二极管的损耗最低。100kHz时,DSEP 9-06CR的损耗只有单个芯片二极管的80%。因此为了提高整个电路的效率,我们可以选择串联型二极管。
  图2给出了最大允许温度和开关频率的关系曲线,同样应用了表1中的数值。结温被设定在150℃,这个温度要低于IXYS HiPerFRED二极管的最高温度175℃。尺寸最大的二极管(DSEP30-06B)需要最低的散热条件,因此当周围温度比较高,散热有问题的时侯,这种二极管比较适用。大于80kHz时,串联型二极管DSEP 9-06CR的性能要优于较小的DSEP8-06A单芯片二极管。这是因为在这个图中,只出现了二极管的损耗,它们之间的交叉点要高于图1中的点,因此在二极管的总损耗中,开通损耗要占绝大部分。
图1 二极管功率与开关频率关系曲线
图1 二极管功率与开关频率关系曲线(对应表1)
图2 最高允许温升与开关频率
图2 最高允许温升与开关频率(对应表1,Tj=110°)

  当开关频率在50kHz到100kHz范围内(大部分PFC电路中所用的频率)时,必须根据设计的要求来选择二极管。如果开关频率已经固定,散热又没有问题,DSEP 8-06A是首选,因为它相对比较便宜。如果开关器件还没有选择好,那么可以尝试选择中联型二极管,因为它可以减少开关的开通损耗。就这点来看,同单芯片二极管和较大的晶体管相比。总的成本可以降低下来,如果开关频率大于100kHz,或者系统要求高效率,那么无疑要选择串联型二极管了。有源吸收网络在主开关管开通之前给二极管的结电容放电,我们可以去掉这个吸收网络,这样,主开关管的漏电流就不存在比较大的反向恢复电流,用低反向恢复电流的串联型二极管取代传统的整流桥,在不加辅助电路的情况下,也可以起到同样的效果。
  有竞争力类型的二极管同IXYS串联型二极管06EP相比,需要较低的散热条件。这是因为它的反向恢复时间非常短,根据式(1),它的损耗也比较低,但这种快速的关断特性付出的代价是存在如图3所示的EMC问题,DSEP9-06CR关断比较慢但比较软,几乎可以忽略振荡。图4表明,同单芯片二极管DSEP8-06A相比,它具有良好的反向恢复特性。
图3 其它二极管的关断曲线
图3 其它二极管的关断曲线
图4 串联型二极管与单联二极管反向恢复曲线对比

图4 串联型二极管与单联二极管反向恢复曲线对比

  当把若干个器件串联时,需要保证电压均衡。这可以通过给每一个单个器件并联一个RC吸收网络,电阻实现静态电压均衡,电容实现动态电压均衡。根据上面的介绍,单封装、串联型二极管不再需要外围的网络。集成在一个外壳内的芯片都实现了比较好的匹配,它们之间参数的差异也比较小。静态、动态电压均衡测试保证了器件的安全性,因此串联型二极管可以取代单芯片二极管,而不必再受附加电路的限制和制约。
  根据不同的开关频率就有不同的优化方法。在低频场合,单芯片二极管是首选,因为它有较低的静态损耗。在中等频率范围内,使用者必须根据所要求的性能指标来选择合适的二极管。如果需要低损耗,单芯片器件可能是最佳选择、但也可以考虑较好性能的串联型二极管,因为使用它以后可以选择定额小的开关管,这样就可以降低总的成本。如果周围的环境温度比较高,散热能力又比较差,这时可以选择具有较大尺寸,散热特性比较好的器件。选用低动态参数的串联型二极管可以提高整个系统的效率,因此,在高频甚至更高频率的场合,这种二极管应该是最佳选择。



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