Як спроектувати схему фіксації напруги діода в системі живлення зв'язку?

1. Принцип роботи схеми фіксації напруги діода
(1) Основні принципи
Діодна схема обмеження напруги в основному складається з одного або кількох діодів, які використовують односпрямовану провідність діодів для досягнення функції обмеження напруги. Коли напруга в ланцюзі перевищує напругу провідності діода, діод проводить, затискаючи напругу поблизу напруги провідності діода; Коли напруга нижча за напругу провідності діода, діод відключається і не впливає на нормальну роботу схеми.
(2) Робочі характеристики різних типів діодів
Звичайний діод: має фіксовану напругу провідності, зазвичай близько 0,6-0,7 В (кремнієва трубка) або 0,2-0,3 В (германієва трубка). Його швидкість провідності висока, але точність напруги затиску відносно низька.
Стабілітрон: він може підтримувати стабільну напругу зворотного пробою в межах певного діапазону струму в стані зворотного пробою. Вибравши відповідну напругу пробою діода стабілізатора напруги, напругу можна точно зафіксувати на бажаному значенні.
Діод Шотткі: має низьку напругу прямої провідності (зазвичай 0,2-0,4 В) і швидку швидкість перемикання, підходить для застосувань, які вимагають високої напруги фіксації та швидкості відгуку.
2. Розрахункові точки схеми фіксації напруги діода
(1) Вибір діода
Виберіть згідно з вимогами до напруги фіксації: якщо потрібна точна напруга фіксації, слід вибрати діод стабілізатора напруги, а його напругу пробою слід визначити відповідно до системних вимог. Якщо вимоги до точності напруги обмеження невисокі, звичайні діоди або діоди Шотткі також можуть задовольнити попит.
Враховуйте пропускну здатність по струму: діод пропускатиме певну кількість струму під час провідності, тому необхідно вибрати діод із достатньою пропускною здатністю по струму, щоб гарантувати, що діод не буде пошкоджено через перегрів у разі перенапруги.
Зверніть увагу на час зворотного відновлення: час зворотного відновлення стосується часу, необхідного для переходу діода зі стану прямої провідності в стан зворотного відсічення. У системах живлення високочастотного зв’язку слід вибирати діоди з коротким часом зворотного відновлення, щоб зменшити втрати при комутації та електромагнітні перешкоди.
(2) Вибір структури топології ланцюга
Однодіодний затискач: підходить для ситуацій, коли напруга затискача невисока, а амплітуда перенапруги мала. Конструкція проста і вартість невисока, але точність затиску обмежена.
Подвійний діодний фіксатор: складається з двох діодів, з’єднаних у зворотній послідовності, він може підвищити точність і надійність фіксуючої напруги. Коли один діод виходить з ладу, інший діод все ще може відігравати певну затискну роль.
Багаторівнева схема фіксації: шляхом каскадного з’єднання кількох діодів можна досягти градуйованої фіксації різних амплітуд перенапруги, покращуючи здатність схеми витримувати перенапругу.
(3) Розрахунок параметрів
Розрахунок напруги фіксації: для схеми фіксації діода регулятора напруги напруга фіксації дорівнює напрузі пробою діода регулятора напруги. Для звичайних діодів або схем затискачів діодів Шотткі напруга затискачів дорівнює приблизно напрузі прямої провідності діода плюс інші падіння напруги в ланцюзі.
Розрахунок струму: обчисліть струм, що протікає через діод, коли він проводить, на основі амплітуди та тривалості перенапруги. При цьому необхідно враховувати струм навантаження в ланцюзі, щоб загальний струм діода не перевищував його номінальний струм.
Розрахунок потужності: обчисліть втрати потужності діода на основі його струму провідності та напруги фіксатора. Виберіть діоди з достатньою потужністю, щоб гарантувати, що вони не будуть пошкоджені через перегрів під час тривалої-експлуатації.
3. Можливі проблеми та рішення, що виникли в процесі проектування
(1) Напруга фіксатора нестабільна
Причина проблеми: це може бути викликано великою мінливістю параметрів діода, змінами температури або змінами параметрів інших компонентів у схемі.
Рішення: застосувати схему температурної компенсації, щоб зменшити вплив температури на напругу затискачів; Вибирайте діоди з хорошою постійністю параметрів; Додайте схему керування зворотним зв’язком у схемі, щоб відстежувати та регулювати напругу фіксатора в реальному-часі.
(2) Перегрів і пошкодження діода
Причина проблеми: зазвичай це викликано струмом або потужністю діода, що перевищує номінальне значення, або поганим розсіюванням тепла.
Рішення: обґрунтовано виберіть модель і технічні характеристики діода, щоб переконатися, що його струм і потужність відповідають вимогам; Оптимізація конструкції схеми для зменшення струму діода та втрат потужності; Додайте пристрої для розсіювання тепла, такі як радіатори, вентилятори тощо, щоб покращити тепловідвід діодів.
(3) Проблема електромагнітних перешкод
Причина проблеми: діод генерує швидкі зміни струму під час провідності та відсічення, що призводить до електромагнітних перешкод.
Рішення: з’єднайте конденсатори або котушки індуктивності паралельно діоду, щоб утворити схему фільтрації, яка пригнічує електромагнітні перешкоди; Вживайте заходів для екранування діода та ланцюга затискачів, зменшуючи електромагнітне випромінювання.
4. Приклад дизайну
Взявши за приклад перетворювач постійного -постійного струму в системі живлення зв’язку, сконструюйте діодну схему обмеження напруги, щоб захистити чутливі компоненти на його вихідному кінці. Припускаючи, що вихідна напруга становить 5 В, потрібно зафіксувати перенапругу нижче 6 В.
Вибір діода: виберіть діод-регулятор напруги з напругою пробою 6 В, номінальним струмом 1 А та потужністю 1 Вт.
Топологія схеми: застосовуючи єдину схему затиску діода регулятора напруги, діод регулятора напруги підключається зворотно паралельно між вихідною клемою та землею.
Перевірка параметрів: за допомогою моделювання та експериментальної перевірки діод стабілізатора напруги може нормально працювати в умовах перенапруги, фіксувати вихідну напругу нижче 6 В і гарантувати, що струм і втрати потужності діода регулятора напруги знаходяться в межах номінального діапазону.

https://www.trrsemicon.com/diode/dip-diode/mbr20200cft-to-220f.html