什么是二极管的电容效应?
二极管具有电容效应。它的电容包括势垒电容CB和分散电容CD。
1.势垒电容CB(Cr)
PN结内短少导电的载流子,其电导率很低,相当于介质;而PN结两边的P区、N区的电导率高,相当于金属导体。从这一结构来看,PN结等效于一个电容器。
事实上,当PN结两头加正向电压时,PN结变窄,结中空间电荷量削减,相当于电容“放电”,当PN结两头加反向电压时,PN结变宽,结中空间电荷量增多,相当于电容“充电”。这种现象能够用一个电容来模仿,称为势垒电容。势垒电容与一般电容不同之处,在于它的电容量并非常数,而是与外加电压有关。当外加反向电压增大时,势垒电容减小;反向电压减小时,势垒电容增大。现在广泛使用的变容二极管,便是运用PN结电容随外加电压改变的特性制成的。
2.分散电容CD
PN结正向偏置时,N区的电子向P区分散,在P区构成必定的非平衡载流子的浓度散布,即挨近PN结一侧浓度高,远离PN结的一侧浓度低。明显,在P区积累了电子,即存贮了必定数量的负电荷;相同,在N区也积累了空穴,即存贮了必定数即正电荷。当正向电压加大时,分散增强,这时由N区分散到P区的电子数和由P区分散到N区的空穴数将增多,致使在两个区域内构成了电荷堆积,相当于电容器的充电。相反,当正向电压减小时,分散削弱,即由N区分散到P区的电子数和由P区分散到N区的空穴数削减,形成两个区域内电荷的削减,、这相当于电容器放电。因而,能够用一个电容来模仿,称为分散电容。
总归,二极管呈现出两种电容,它的总电容Cj相当于两者的并联,即Cj=CB + CD。二极管正向偏置时,分散电容远大于势垒电容 Cj≈CD ;而反向偏置时,分散电容能够疏忽,势垒电容起首要效果,Cj≈CB 。
电容缓冲电路该怎么规划?
功率开关是一切功率转换器的中心组件。功率开关的作业功能直接决议了产品的可靠性和功率。若要提高功率转换器开关电路的功能,可在功率开关上布置缓冲器,按捺电压尖峰,并减幅开关断开时电路电感发生的振铃。正确规划缓冲器可提高可靠性和功率,并下降EMI。在各种不同类型的缓冲器中,电阻电容(RC)缓冲器是最受欢迎的缓冲器电路。本文介绍功率开关为何需求运用缓冲器。此外还供给一些有用小技巧,助您完成最优缓冲器规划。
图1: 四种根本的功率开关电路
有多种不同的拓扑用于功率转换器、电机驱动器和电灯镇流器中。图1显现四种根本的功率开关电路。在一切四种根本电路中——事实上在大部分功率开关电路中——蓝线以内表明的是相同的开关二极管电感网络。该网络在一切这些电路中均具有相同的特性。因而,可运用图2中的简化电路进行开关瞬变时针对功率开关的开关功能剖析。因为开关瞬变期间,电感电流简直不变,因而选用电流源替代电感,如图所示。该电路的抱负电压和电流开关波形相同如图2所示。
图2 简化的功率开关电路及其抱负开关波形
MOSFET开关关断时,它两头的电压将上升。但是,电流IL将持续流过MOSFET,直到开关电压抵达Vol。二极管导通后,电流IL开端下降。MOSFET开关导通时,状况相反,如图所示。这类开关称为“硬开关”。开关瞬变期间,有必要一起支撑最大电压和最大电流。因而,这种“硬开关”会使MOSFET开关接受高电压应力。
图3 MOSFET开关关断瞬变时的电压过冲
在实践电路中,开关应力要高得多,因为存在寄生电感(Lp)和寄生电容(Cp),如图4所示。因为PCB布局与走线,Cp包括开关输出电容和杂散电容。Lp包括PCB路由寄生电感和MOSFET引线电感。这些来自功率器材的寄生电感和电容组成滤波器,并在关断瞬变发生后当即发生谐振,然后将过量电压振铃叠加到器材上,如图3所示。若要按捺峰值电压,可在开关上布置一个典型RC缓冲器,如图4所示。电阻值有必要挨近需减幅的寄生谐振阻抗值。缓冲器电容有必要大于谐振电路电容,一起又有必要满足小,以便将电阻功耗保持在最低水平。
图4: 电阻电容缓冲器装备
假如功耗并非关键因素,那么有一种办法能够快速规划RC缓冲器。由经历可知,挑选缓冲器电容Csnub,使其等于开关输出电容值与装置电容预算值之和的两倍。挑选缓冲器电阻Rsnub , 所以:
Rsnub上的功耗可预算如下(给定开关频率fs):
当这一简略的经历规划不再约束峰值电压时,便可履行优化过程。
优化RC缓冲器: 在那些功率损耗很重要的使用中,应当选用优化规划。
首要,丈量MOSFET开关节点(SW)在关断时的振铃频率(Fring)。在MOSFET上焊接一个100 pF低ESR薄膜电容。添加电容,直到振铃频率为初始丈量值的一半。现在,因为振铃频率与电路电感和电容乘积的平方根成反比,开关总输出电容(添加的电容与初始寄生电容之和)添加四倍。因而,寄生电容Cp为外部所添加电容值的1/3。现在,式经过下可获得寄生电感Lp:
一旦求出寄生电感Lp和寄生电容Cp,缓冲器电阻Rsnub和电容Csnub便可依据下列核算进行挑选。
假如发现缓冲器电阻值过低,可对其进一步微调以下降振铃。
Rsnub上的功耗(给定开关频率fs)等于。