Cum se proiectează un circuit de clemă de tensiune a diodei în sistemul de alimentare cu energie de comunicare?

1. Principiul de funcționare al circuitului de clemă de tensiune a diodei
(1) Principii de bază
Circuitul de prindere a tensiunii diodei este compus în principal din una sau mai multe diode, care utilizează conductivitatea unidirecțională a diodelor pentru a realiza funcția de prindere a tensiunii. Când tensiunea din circuit depășește tensiunea de conducție a diodei, dioda conduce, strângând tensiunea în apropierea tensiunii de conducție a diodei; Când tensiunea este mai mică decât tensiunea de conducție a diodei, dioda se oprește și nu are niciun efect asupra funcționării normale a circuitului.
(2) Caracteristicile de lucru ale diferitelor tipuri de diode
Dioda obișnuită: are o tensiune de conducție fixă, de obicei în jur de 0,6-0,7V (tub de siliciu) sau 0,2-0,3V (tub de germaniu). Viteza sa de conducere este rapidă, dar precizia tensiunii de prindere este relativ scăzută.
Dioda Zener: Poate menține o tensiune inversă stabilă într-un anumit interval de curent în starea de defecțiune inversă. Prin selectarea tensiunii adecvate de defalcare a diodei regulatorului de tensiune, tensiunea poate fi fixată cu precizie la valoarea dorită.
Dioda Schottky: Are o tensiune de conducție directă scăzută (de obicei 0,2-0,4V) și viteză de comutare rapidă, potrivită pentru aplicații care necesită o tensiune mare de strângere și viteză de răspuns.
2. Puncte de proiectare ale circuitului de clemă de tensiune a diodei
(1) Selectarea diodei
Alegeți în funcție de cerințele de tensiune de strângere: Dacă este necesară o tensiune de strângere precisă, trebuie selectată o diodă de reglare a tensiunii, iar tensiunea de defectare a acesteia trebuie determinată în funcție de cerințele sistemului. Dacă cerința de precizie pentru tensiunea de strângere nu este ridicată, diodele obișnuite sau diodele Schottky pot satisface și cererea.
Luați în considerare capacitatea de transport a curentului: o diodă va curge o anumită cantitate de curent atunci când conduce, deci este necesar să alegeți o diodă cu o capacitate de transport suficientă pentru a vă asigura că dioda nu va fi deteriorată din cauza supraîncălzirii în caz de supratensiune.
Acordați atenție timpului de recuperare inversă: timpul de recuperare invers se referă la timpul necesar unei diode pentru a trece de la o stare de conducere directă la o stare de tăiere inversă. În sistemele de alimentare cu energie de comunicații de-înaltă frecvență, diodele cu timp scurt de recuperare inversă trebuie selectate pentru a reduce pierderile de comutare și interferența electromagnetică.
(2) Selectarea structurii topologiei circuitului
Clemă cu o singură diodă: potrivită pentru situațiile în care tensiunea de clemă nu este mare și amplitudinea supratensiunii este mică. Structura este simplă și costul este mic, dar precizia de prindere este limitată.
Prindere cu dublă diodă: compus din două diode conectate în serie inversă, poate îmbunătăți acuratețea și fiabilitatea tensiunii de prindere. Când o diodă se defectează, cealaltă diodă poate juca în continuare un anumit rol de fixare.
Circuit de strângere cu mai multe niveluri: Prin instalarea în cascadă a mai multor diode, se poate realiza strângerea gradată a diferitelor amplitudini de supratensiune, îmbunătățind capacitatea circuitului de a rezista la supratensiune.
(3) Calculul parametrilor
Calculul tensiunii de clemă: Pentru un circuit de clemă a diodei regulatoare de tensiune, tensiunea de clemă este egală cu tensiunea de rupere a diodei regulatoare de tensiune. Pentru circuitele de clemă cu diode obișnuite sau diode Schottky, tensiunea de clemă este aproximativ tensiunea de conducere directă a diodei plus alte căderi de tensiune din circuit.
Calcul curent: Calculați curentul care curge printr-o diodă atunci când aceasta este condusă pe baza amplitudinii și duratei supratensiunii. În același timp, este necesar să se ia în considerare curentul de sarcină din circuit pentru a se asigura că curentul total al diodei nu depășește curentul nominal.
Calculul puterii: Calculați pierderea de putere a diodei pe baza curentului de conducere și a tensiunii de clemă. Alegeți diode cu o capacitate de putere suficientă pentru a vă asigura că nu vor fi deteriorate din cauza supraîncălzirii în timpul funcționării pe termen lung-.
3. Posibile probleme și soluții întâlnite în timpul procesului de proiectare
(1) Tensiunea clemei este instabilă
Motivul problemei: Poate fi cauzat de variabilitatea mare a parametrilor diodei, de schimbările de temperatură sau de modificările parametrilor altor componente din circuit.
Soluție: adoptați circuitul de compensare a temperaturii pentru a reduce impactul temperaturii asupra tensiunii de clemă; Alegeți diode cu o consistență bună a parametrilor; Adăugați un circuit de control al feedback-ului în circuit pentru a monitoriza și ajusta tensiunea clemei în timp real-.
(2) Supraîncălzirea și deteriorarea diodei
Motivul problemei: este cauzat de obicei de curentul sau puterea diodei care depășește valoarea sa nominală sau de o slabă disipare a căldurii.
Soluție: selectați în mod rezonabil modelul și specificațiile diodei pentru a vă asigura că capacitatea sa de curent și putere îndeplinesc cerințele; Optimizați designul circuitului pentru a reduce curentul diodei și pierderile de putere; Adăugați dispozitive de disipare a căldurii, cum ar fi radiatoare, ventilatoare etc., pentru a îmbunătăți capacitatea de disipare a căldurii a diodelor.
(3) Problemă de interferență electromagnetică
Motivul problemei: dioda generează schimbări rapide de curent în timpul conducției și momentelor de întrerupere, ducând la interferențe electromagnetice.
Soluție: Conectați condensatori sau inductori în paralel peste diodă pentru a forma un circuit de filtrare care suprimă interferența electromagnetică; Adoptați măsuri de ecranare pentru a proteja dioda și circuitul de clemă, reducând radiația electromagnetică.
4. Exemplu de proiectare
Luând ca exemplu un convertor DC-DC dintr-un sistem de alimentare de comunicație, proiectați un circuit de clemă de tensiune a diodei pentru a proteja componentele sensibile la capătul său de ieșire. Presupunând că tensiunea de ieșire este de 5V, este necesar să se mențină supratensiunea sub 6V.
Selectarea diodei: alegeți o diodă de reglare a tensiunii cu o tensiune de întrerupere de 6V, curent nominal de 1A și capacitate de putere de 1W.
Topologia circuitului: Adoptând un singur circuit de clemă a diodei regulatorului de tensiune, dioda regulatorului de tensiune este conectată în paralel invers între borna de ieșire și masă.
Verificarea parametrilor: Prin simulare și verificare experimentală, dioda regulatorului de tensiune poate conduce normal în condiții de supratensiune, poate fixa tensiunea de ieșire sub 6V și se poate asigura că pierderea de curent și putere a diodei de reglare a tensiunii se află în intervalul nominal.

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