小型二極管如何降低同步轉換器中的噪聲介紹

小型肖特基二極管如何幫助最小化噪聲，并了解這種技術何時以及如何提供幫助。

圖1.傳統降壓穩壓器拓撲圖

圖2.降壓控制器開關周期示意圖

標準降壓轉換器拓撲如圖1所示。有關其工作的詳細DC-DC降壓轉換器教程，開關周期視圖如圖2所示。每次關閉一個開關時，都會引入一個死區時間，以確保第一個開關在另一個開關打開之前完全關閉。在此死區時間內，電流必須不斷流過電感器，而該電流路徑由內置于MOSFET Q中的所謂體二極管提供。2.在這短暫的時間里，有很多事情要做，尤其是在Q1打開，這就是額外的噪音發揮作用的地方。

圖3.體二極管反向恢復電流曲線圖

圖 3 從 Q 之后放大2直到 Q 之后才關閉1打開。當 Q2關閉時，由于電感的磁場崩潰，電流將繼續流過電感。這會導致電感兩端的電壓換向（反轉），將開關節點（VSW）拉低，直到體二極管在Q2打開并傳導。一旦死區時間過去，Q1已打開。這導致體二極管在Q2變得反向偏向。體二極管是PN結二極管結構，因此具有反向恢復時間的不幸特性。當體二極管最初反向偏置時，電流反向流過二極管。在表示的時間段內 t一個PN結中的電荷載流子被掃除。然后在時間 tb反向電流降至零，因為PN結建立了一個耗盡區域，可以阻止反向偏置。在 t 期間發生的電流脈沖RR在寄生電容和電感中感應電壓，這些電壓會對電路中的噪聲產生重大影響。

有幾個因素會影響反向恢復曲線的特性。最大的因素是體二極管具有固有的長反向恢復時間。MOSFET 經過優化，可降低柵極電荷和導通電阻;它們的體二極管是寄生PN結構，與在電力電子中使用的其他二極管相比，反向恢復速度較慢。恢復時間也取決于溫度，在較高溫度下會變得更糟。dI 的比率F反向恢復開始時的/dt主要受電路中的寄生電感的限制，設計人員試圖將其降至最低。較低的寄生電感導致較高的dIF/dt，這導致更高的 |我R，最大|.幾乎無法改善這些因素，因此要么接受額外的噪聲，要么從工具箱中取出更好的二極管。

圖4.添加肖特基二極管D的傳統降壓轉換器示意圖S

工具箱中更好的二極管是肖特基二極管（DS） 與 MOSFET 的體二極管并聯放置，如圖 4 所示。肖特基二極管具有較低的正向電壓，因此當電感換向時，它而不是體二極管導通。Q 之后1導通，反向偏置 Q2，體二極管已經關閉（因為它從未打開過）。肖特基二極管由金屬-半導體結而不是PN結制成，并立即關閉。肖特基二極管中有少量結電容，需要通過從Q1.這看起來類似于體二極管的反向恢復，但幅度較小。

這留下了一些問題：何時需要考慮減輕體二極管噪聲，如何選擇合適的二極管，以及應該如何物理實現？先把理論和跳腳的世界留到實踐中去，將從一般指導而不是精確計算的角度來思考。導致反向恢復期間功耗的因素可以提供一些見解，由下式給出：

PRR = QRR x VIN x fSW （1）

其中 PRR是以瓦特為單位的功率，QRR是以庫侖為單位的體二極管反向恢復電荷，fSW是以赫茲為單位的開關頻率。QRR可以在MOSFET數據手冊中找到，但通常在室溫和特定dI下指定F/dt，這可能與您的特定條件不匹配。例如，QRR可能是指定值的 2.5 倍，因為 MOSFET 遠高于 25°C。 盡管如此，等式1提供了一些總體趨勢。體二極管噪聲往往最高：

當開關頻率高于300kHz-500kHz時

當輸入電壓較高時

當MOSFET溫度較高時

頻率在 10 秒到 100 兆赫之間

選擇肖特基二極管時，要注意它只承載非常短的時間（通常為10s的ns），因此會看到輕熱負載。一個相對較小的二極管就足夠了。盡可能低的引線電感是肖特基二極管選擇的優先事項。最好采用扁平引線的小型表面貼裝封裝。二極管應盡可能靠近MOSFET放置，以盡量減少兩者之間的寄生電感。事實上，有些MOSFET可以集成肖特基二極管，因為寄生電感是有害的。雖然本文以傳統的降壓轉換器拓撲為例，但這些概念同樣適用于其他開關轉換器類型。

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