Диод схема включения: принцип работы, схемы и т.д.

Содержание

принцип работы, схемы и т.д.

Туннельный диод — это специальный диод, характеристики которого отличаются от характеристик любого обычного диода или стабилитрона.

Как обычный диод, так и стабилитрон являются очень хорошими проводниками, имея прямое смещение, но ни один из них не проводит хорошо ток в состоянии обратного смещения (исключение составляет область пробоя). Но в материале туннельного диода имеются присадки в гораздо большем объеме, нежели в обычном диоде, а его P-N переход очень узкий. Туннельный диод в силу того, что имеет большое количество присадок и очень узкий P-N переход, исключительно хорошо проводит ток в обе стороны.

Схема туннельного диода

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия туннельного диода

Потенциал, который необходим для того, чтобы заставить туннельный диод выступать в роли проводника, будь то в режиме прямого или обратного смещения, очень невелик, обычно этот потенциал находится в диапазоне милливольт. Именно поэтому туннельные диоды известны как приборы с низким сопротивлением. Они очень слабо противодействуют движению тока в цепи.

График напряжение-ток типичного туннельного диода

Самой уникальной особенностью туннельных диодов является их соотношение напряжение-ток, когда они имеют прямое смещение. Когда туннельный диод имеет прямое смещение (от точки А до точки В на графике) при увеличении напряжения, ток также растет до определенной величины. Как только это значение оказывается достигнутым, дальнейшее повышение напряжения при прямом смещении заставляет ток снижаться до минимального значения (от точки В до точки С). В области, которая находится на графике между максимальным и минимальным потоками тока, туннельный диод имеет отрицательное сопротивление. В этой области отрицательного сопротивления ток, идущий через туннельный диод, фактически снижается при повышении напряжения. Происходит прямо противоположное обычному соотношению напряжение ток. Однако, когда напряжение за точкой С повышается, то данный прибор демонстрирует обычное соотношение напряжения и тока.

В обычных условиях туннельные диоды работают в области своего отрицательного сопротивления. В данной области незначительное уменьшение напряжения включает этот прибор, а небольшое повышение — выключает его. В качестве такого своеобразного выключателя туннельный диод может использоваться либо как генератор, либо как высокоскоростной выключатель: специфическая особенность прибора, низкое сопротивление, позволяет почти мгновенно изменять внутреннее сопротивление. Туннельные диоды могут также использоваться в качестве усилителей, где изменения в подаваемом напряжении в сторону повышения, вызывают пропорционально более значительные изменения тока в цепи.

Особенности работы диодов при прохождении через них импульсных сигналов

Для понимания сути процессов, происходящих в диоде при работе в высокочастотных импульсных цепях рассмотрим прохождение через него прямоугольного сигнала (т.е. сигнала с малой длительностью фронта и среза). При этом диод включается по схеме, приведенной на рис. 3.1-1.

Рис. 3.1-1. Схема включения диода при рассмотрении переходных процессов

В случае, когда входной прямоугольный сигнал является двуполярным, переходные процессы в диоде будут характеризоваться диаграммами, представленными на рис. 3.1-2.

Рис. 3.1-2. Переходные процессы в диоде при прохождении через него двуполярного прямоугольного сигнала

Для анализа приведенных зависимостей можно воспользоваться выражением для тока диода в переходном режиме:

\( I_д = \cfrac{Q_б}{\tau_б} + \cfrac{\operatorname{d}Q_б}{\operatorname{d}t} + C_б \cfrac{\operatorname{d} U_{p-n}}{\operatorname{d}t}\) ,

где:

\(Q_б\) — объемный заряд неосновных носителей в области базы диода;

\(\tau_б\) — время жизни неосновных носителей в области базы;

\(C_б\) — барьерная емкость перехода;

\(U_{p-n}\) — напряжение на \(p\)-\(n\)-переходе диода.

Первое слагаемое выражения связано с рекомбинацией неосновных носителей в области базы. Второе слагаемое определяет изменение во времени объемного заряда неосновных носителей в области базы. Третье — обусловлено перезарядом барьерной емкости \(p\)-\(n\)-перехода при изменении входного сигнала во времени.

Таким образом, основными причинами инерционности заряда являются: эффект накопления избыточного заряда в базовой области прибора и наличие барьерной емкости перехода.

Рассмотрим участок времени \([t_0;t_1]\), когда входное напряжение скачком увеличивается от \(–U_{вх обр}\) до \(+U_{вх пр}\).

При увеличении прямого тока сопротивление базы диода уменьшается (эффект модуляции сопротивления области базы). Поскольку скорость накопления избыточного заряда в области базы конечна, то установление прямого сопротивления диода требует некоторого времени. Учитывая, что \(R_Н \gg r_{д пр}\), можно показать, что ток диода не зависит от его сопротивления. Поэтому эффект модуляции сопротивления базы приводит к появлению резкого выброса напряжения на диоде при его включении.

Перезаряд барьерной емкости диода \(C_б\), наоборот, ведет к замедлению скорости увеличения напряжения на диоде.

Вследствие действия двух противоположных тенденций реальный вид переходного процесса определяется конкретным соотношением параметров диода. При малых уровнях инжекции превалирующими являются процессы, связанные с перезарядом емкости \(C_б\). При больших уровнях инжекции — процессы, связанные с изменением объемного заряда области базы. Поэтому для диодов различных типов переходные процессы при включении могут иметь качественно отличный вид. На приведенной на рис. 3.1-2 диаграмме представлен случай большого уровня инжекции и соответственно малого влияния \(C_б\).

Длительность всплеска напряжения на диоде \(\tau_у\) называется временем установления. Рассчитанное для \(1,2 U_{д пр}\), оно примерно равно: \(\tau_у \approx 2,3 t_б\) , а максимальное падение напряжения на диоде:

\(U_{д пр max} \approx \varphi_к + I_{пр} \cdot r_{дб}\),

где:

\(\varphi_к\) — контактная разность потенциалов,

\(r_{дб}\) — сопротивление области базы диода.

Интервал времени [t1;t2] характеризует установившийся режим в диодном ключе. В базовой области диода накоплен избыточный заряд неосновных носителей \(Q_б = I_{пр} \cdot \tau_б\). Концентрация избыточных носителей при этом падает по мере удаления от перехода. Прямой ток, протекающий через диод, равен:

\(I_{пр} = \cfrac{U_{вх пр} – U_{д пр}}{r_{д пр} + R_н}\).

В момент времени \(t_2\) входное напряжение изменяет свою полярность на обратную. Однако до момента \(t_4\) диод будет находиться в проводящем состоянии. До момента \(t_3\) через него в обратном направлении будет протекать ток, импульсное значение которого \(I_{обр}\) и соизмеримо с \(I_{пр}\). Далее, по мере рассасывания объемного заряда неосновных носителей в области базы и разряда барьерной емкости на интервале \([t_3;t_4]\), обратный ток через диод будет уменьшаться, стремясь к своему установившемуся значению.

Как видно из приведенной диаграммы (рис. 3.1-2), в момент времени \(t_2\) смены полярности входного напряжения падение напряжения на диоде скачком уменьшается на долю падения напряжения на активном сопротивлении диода \( \operatorname{d} U_д = r_{дб} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right)\) и далее остается постоянным. Это объясняется тем, что избыточный заряд, накопленный в базовой области диода во время его прямого смещения, остается достаточным для поддержания импульса обратного тока на уровне:

\( I_{обр и} = \cfrac{U_{обр} — \left[ U_{д пр} — r_{дб} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right) \right] }{\tau_б} \),

т.е. непосредственно после смены полярности \(U_{вх}\) диод обладает практически нулевым сопротивлением.

Для интервала времени \([t_2;t_3]\): \(I_д = –I_{обр и}\). Предполагая, что в конце этого интервала концентрация неосновных носителей заряда в непосредственной близости к \(p\)-\(n\)-переходу уменьшается до нуля, получим:

\(t_{рас} = t_3 – t_2 \approx t_б \cdot \ln{\left( 1+ \cfrac{I_{пр}}{I_{обр и}} \right)} \).

Временной интервал \(t_{рас}\) называется временем рассасывания неосновных носителей из области базы. Следует отметить, что приведенное выражение является приближенным, так как не учитывает особенностей изменения пространственного заряда \(Q_б\), характерных для диодов, изготовленных по различным технологиям.

На временном интервале \([t_3;t_4]\) суммарный объемный заряд в области базы уменьшается до нуля, что характеризуется уменьшением тока диода от значения \(I_{обр и}\) до величины \(I_{обр}\), соответствующей стационарному обратному току диода в выключенном состоянии.

Длительность интервала \(t_{сп} = t_4 – t_3\), называемого временем спада обратного тока диода, также сильно зависит от технологии его изготовления. Реально: \(t_{сп} \approx {(0,1…1)} \cdot t\), т.е. практически для всех типов диодов \(t_{рас} > t_{сп}\). Временной интервал \(t_{рас} + t_{сп} = t_{вос}\) носит название времени восстановления обратного сопротивления диода и является важной характеристикой быстродействия.{t_4} I_{обр}(t) \operatorname{d}t \).

В случае, когда напряжение входного прямоугольного сигнала не является двуполярным, на диаграммах переходных процессов возникнут качественные отличия от приведенного на рис. 3.1-2 вида.

Временные диаграммы для случая однополярного прямоугольного сигнала приведены на рис. 3.1-3.

Рис. 3.1-3. Переходные процессы в диоде при прохождении через него однополярного прямоугольного сигнала

Очевидно, что и в этом случае переходные процессы будут сильно искажать форму сигнала, проходящего через диод в нагрузку.

Процесс включения диода аналогичен случаю двуполярного сигнала. Существенные отличия наблюдаются при выключении диода.

После окончания действия напряжения \(U_{пр}\) в момент времени \(t_2\) напряжение на диоде резко уменьшается на \(\Delta U_д = r_{д обр} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right) \) и затем еще достаточно продолжительное время сохраняет полярность прямосмещенного диода. При условии \(U_{вх} = 0\) это означает, что к нагрузке прикладывается напряжение обратной полярности, равное:

\( U_{вых обр} \approx — \left[ U_{пр} — r_{д пр} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right) \right] \cfrac{R_н}{R_н + R_{вн}} \),

где \( R_{вн}\) — внутреннее сопротивление источника сигнала.

Причиной возникновения этого напряжения является объемный заряд \(Q_б\), накопленный в области базы. После окончания импульса \(U_{вх}\) неосновные носители в области базы постепенно рекомбинируют, создавая ток в цепи нагрузки диода. Поэтому длительность интервала \([t_2;t_3]\) определяется как собственными параметрами диода, так и параметрами внешней цепи. При уменьшении сопротивления разряда \(R_{раз} = R_н \cfrac{R_{вн}}{R_н + R_{вн}}\) длительность \([t_2;t_3]\) уменьшается.

Напряжение, присутствующее на диоде после окончания импульса \(U_{вх}\) принято называть послеинжекционным.

Таким образом, при применении диодов в импульсных цепях следует учитывать, что их некоторая инерционность является причиной искажения формы проходящих через них импульсов. Причем эти искажения тем существеннее, чем меньше длительность обрабатываемых импульсов и их фронтов (срезов).

< Предыдущая		Следующая >

Увеличение максимально допустимого обратного напряжения VRRM при последовательном включении выпрямительных диодов

Так как диоды, рассчитанные на высокое обратное напряжение (которое может достигать 1700 В при применении силового трансформатора, используемого в рассматриваемом примере) не являются широко распространенными компонентами, то в высоковольтном источнике питания с дроссельным сглаживающим фильтром используются три последовательно включенных выпрямительных диода, позволяющие троекратно увеличить значение максимально допустимого обратного напряжения V_RRMкаждого из них. Однако, при этом необходимо использовать выравнивающие напряжения конденсаторы, включенные параллельно каждому диоду, для того, чтобы обеспечить приложение к ним равных по величине обратных напряжения. Аргументы для такого подхода совершенно аналогичны тем, которые использовались при рассмотрении действия выравнивающих напряжения резисторов при последовательном включении электролитических конденсаторов. Выпрямительные диоды включены последовательно, следовательно, по ним протекает одинаковый по величине ток, поэтому можно принять, что одинаковый ток обеспечит одинаковые по величине заряды (Q = It). Обратное напряжение, которое будет приложенное к каждому из диодов, во многом определяется величиной барьерной емкости его перехода в момент выключения (Q = CV), а также удельным сопротивлением самого перехода (влияющим на рассасывание неосновных носителей в переходе при выключении диода), однако эти значения могут изменяться от элемента к элементу, что будет приводить к изменениям в величине обратного напряжения. Автор произвел замеры емкости С_reverceдиодов серии STTA512D, которое составило порядка 600 мкФ. С целью подавить влияние от возможного разброса этой величины используются пленочные пластиковые шунтирующие конденсаторы с емкостью 10 нФ, которые должны гарантировать, что ни на одном из выпрямительных диодов величина обратного напряжения не превысит значения максимально допустимого обратного напряжения V_RRM.

Рис. 6.48 Принципиальная схема улучшенного источника питания µ-повторителя блока частотной коррекции RIAA каскада предусилителя

При выключении диодов через них проходит ток утечки (обратный ток диода), оцениваемый значением в несколько миллиампер. С другой стороны, это явление можно было бы рассматривать, как схему параллельного включения идеального по своим характеристикам диода с сопротивлением утечки. После того, как диоды оказались включенными последовательно, принцип действия делителя напряжения мог бы вызвать появление на неуравновешенных по величине сопротивлениях утечки падения напряжений, которые могли бы превысить по величине максимально допустимые значения обратного напряжения V_RRM диодов. Проблема может быть решена либо путем согласования по величине токов утечки используемых в схеме диодов, либо включением резистора параллельно каждому диоду, который пропускал бы ток, в несколько раз превышающий ожидаемый ток утечки. В рассматриваемой схеме к каждому из диодов в закрытом состоянии приложено напряжение 589 В, поэтому через резистор с сопротивлением 1 МОм протекает ток величиной 589 мкА, который намного превосходит ток утечки диода. К сожалению, каждый резистор должен иметь мощность рассеяния 2 Вт, бесполезно выделяя ее в виде тепла.

Компенсация разбаланса сопротивлений полуобмоток трансформатора, имеющих отвод от средней точки

Трансформатор, обмотки которого имеют отвод от средней точки, позволяют экономить на количестве диодов и шунтирующих конденсаторах для выпрямителя, но добавляют новые проблемы. Обмотки трансформаторов, в которых выполнен отвод от средней точки, наматываются на каркасе одна на другую, поэтому диаметр внешней полуобмотки всегда несколько больше, чем расположенной внутри, что приводит к несколько большему значению сопротивления этой полуобмотки из-за более длинного провода. Если не учесть разницу в величинах сопротивлений полуобмоток и не компенсировать ее введением внешнего добавочного сопротивления к внутренней полуобмотке трансформатора, то на выходе выпрямителя появится составляющая пульсаций, имеющая частоту сетевого питания, которая при этом не будет достаточно хорошо ослабляться последующим сглаживающим фильтром, рассчитанным на фильтрацию составляющей с удвоенной частотой сети. Этот факт является достаточно неприятным, однако, добавление в схему недорогого резистора, выравнивающего значения сопротивлений обмоток, устраняет этот дефект.

Примечание 1. Задержка включения высокого напряжения (нормально разомкнутые контакты реле) составляет: 41с, при частоте сетевого питания 50 Гц, 34 с при частоте сетевого питания 60 Гц.

Задержка времени включения цепей прохождения звукового сигнала (нормально-замкнутые контакты реле): дополнительно 2с к времени задержки подачи высоковольтного напряжения.

Примечание 2. Как транзистор MJE340, так и интегральный стабилизатор напряжения 317Т серии должны монтироваться с соблюдением тщательной электрической изоляции на соответствующих теплоотводящих радиаторах. В качестве радиаторов можно, например, использовать алюминиевый уголок с толщиной стенки 3 мм.

Примечание 3. Ток подогревателей катодов в режиме пониженного энергопотребления: 234 мА; сопротивление холодной нити накала: 24 Ом; напряжение холодной нити накала: 5,6 В; мощность, выделяющаяся в интегральной микросхеме 317Т серии: 6,9 Вт.

Примечание 4. Напряжение накала в режиме пониженного энергопотребления: 16 В; мощность, выделяющаяся в интегральной микросхеме 317Т серии: 4,4 Вт. Ток разогретых нитей накала: 300 мА; напряжение накала при разогретых катодах: 25,2 В; мощность, выделяющаяся в интегральной микросхеме 317Т серии: 2,9 Вт

Примечание 5. Для обеих логических интегральных микросхем обязательно подключение керамических конденсаторов 100 нФ между выводами 0 В и +5 В.

Схема задержки включения высоковольтного напряжения

В самом начале ламповые выпрямители рассматривались в качестве примера плавного включения ламповых электронных схем (поскольку разогрев вакуумных диодов — кенотронов требует определенного времени). Однако ламповые выпрямители являются дорогостоящими. В отличие от них схемы с использованием полупроводниковых выпрямителей проще, но они обычно подают высоковольтное напряжение в ламповую схему до того, как последняя оказывается подготовленной к работе.

Как и прежде, для того, чтобы плавно подать напряжение питания на высоковольтный трансформатор (что автоматически обеспечит и плавную подачу выпрямленного высокого напряжения в анодные цепи ламп питаемого усилителя), используется твердотельное переключающее реле. Данное реле обеспечивает задержку включения порядка 41с, которая позволяет катодам прогреться от температуры, характерной для режима пониженного энергопотребления, до ее рабочего значения.

Дополнительно к этому обеспечивается выходной сигнал для управления реле, у которого нормально замкнутые контакты включены параллельно входу соответствующего предусилителя. Напряжение на реле подается примерно через 2с после того, как подано высоковольтное напряжение. При выключении питания, это реле замыкает контакты в самом начале падения питающего напряжения. Таким образом, предотвращается появление низкочастотных импульсных помех при включении и выключении, которые могли бы повредить транзисторы, если таковые имеются во вспомогательных цепях усилителя, а также проявились бы в виде щелчков в громкоговорителях.

Рассмотрим работа схемы задержки. Напряжение низковольтного трансформатора выпрямляется по простейшей однополупериодной схеме (используя один из диодов моста низковольтного выпрямителя) и через резистор с сопротивлением 30 кОм (чтобы снизить постоянную составляющую выпрямленного этой схемой тока, протекающего по обмотке трансформатора) подается на логическую схему. Импульсное напряжение, имеющее частоту 50 Гц, ограничивается по амплитуде до значения примерно 5 В с использованием стабилитрона, имеющего рабочее напряжение 4,7 В. Конденсатор, имеющий емкость 10 нФ, фильтрует высокочастотные шумы, которые в противном случае заставляли бы ложно запускаться счетчик импульсов, выполненный на логической интегральной микросхеме серии 4040. Состояние выхода Q_Lсчетчика 4040 изменяется от уровня логического нуля (низкий уровень 0 В) до уровня логической единицы (высокий уровень 5 В) после каждых 2048 импульсов (период колебаний импульсного сигнала равен периоду колебаний синусоидального напряжения сетевого питания, поскольку схема выпрямления однополупериодная). Нарастающий фронт положительного импульса инициирует во включенной за ним интегральной микросхеме 74 D-типа подачу логической единицы с ее входа D на выход Q, что, в свою очередь, обеспечивает подачу напряжения на реле высоковольтного напряжения.

Одновременно с этим сигнал с выхода Q высоковольтного реле поступает на вход D второй половины интегральной микросхемы 74 D-типа. Однако, оно но не поступит на выход этой микросхемы до тех пор, пока состояние выхода Q_Hсчетчика 4040 опять не изменится с уровня логического нуля до уровня логической единицы, что произойдет только по истечении времени, равному 128 периодам колебаний сетевого напряжения. Инвертирующий выход Q используется для включения транзистора типа ВС558В, питающего реле (одного или нескольких), закорачивающих цепи прохождения звукового сигнала на входе усилителя. Реле должны шунтироваться диодами, чтобы предотвратить появление противодействующих (обратно-индуцированных) выбросов, способных повредить задающие транзисторы.

Схема включения светодиода в сеть 220 вольт

Сейчас стало очень популярным освещение светодиодными лампами. Все дело в том, что это освещение не только достаточно мощное, но и экономически выгодное. Светодиоды — это полупроводниковые диоды в эпоксидной оболочке.

Изначально они были достаточно слабыми и дорогими. Но позднее в производство были выпущены очень яркие белые и синие диоды. К тому времени их рыночная цена снизилась. На данный момент существуют светодиоды практически любого цвета, что послужило причиной использования их в различных сферах деятельности. К ним относится освещение различных помещений, подсветка экранов и вывесок, использование на дорожных знаках и светофорах, в салоне и фарах автомобилей, в мобильных телефонах и т. д.

Описание

Светодиоды потребляют мало электроэнергии, в результате чего такое освещение постепенно вытесняет ранее существовавшие источники света. В специализированных магазинах можно приобрести различные предметы, в основе которых светодиодное освещение, начиная от обычного светильника и светодиодной ленты, заканчивая светодиодными панелями. Их всех объединяет то, что для их подключения необходимо наличие тока в 12 или 24 В.

В отличие от других источников освещения, которые используют нагревательный элемент, здесь применяется полупроводниковый кристалл, который генерирует оптическое излучение под воздействием тока.

Чтобы понять схемы включения светодиодов в сеть 220В, нужно для начала сказать о том, что напрямую от такой сети он питаться не сможет. Поэтому для работы со светодиодами нужно соблюдать определенную последовательность подключения их к сети высокого напряжения.

Электрические свойства светодиода

Вольтамперная характеристика светодиода — это крутая линия. То есть, если напряжение увеличится хотя бы немного, то ток резко возрастет, это повлечет за собой перегрев светодиода с последующим его перегоранием. Чтобы этого избежать, необходимо включить в цепь ограничительный резистор.

Но важно не забывать о максимально допустимом обратном напряжении светодиодов в 20 В. И в случае его подключения в сеть с обратной полярностью он получит амплитудное напряжение в 315 вольт, то есть в 1,41 раза больше, чем действующее. Дело в том, что ток в сети на 220 вольт переменный, и он изначально пойдет в одну сторону, а затем обратно.

Для того чтобы не дать току двигаться в противоположном направлении, схема включения светодиода должна быть следующей: в цепь включается диод. Он не пропустит обратное напряжение. При этом подключение обязательно должно быть параллельным.

Еще одна схема включения светодиода в сеть 220 вольт заключается в установке двух светодиодов встречно-параллельно.

Что касается питания от сети с гасящим резистором, то это не самый лучший вариант. Потому что резистор будет выделять сильную мощность. К примеру, если использовать резистор 24 кОм, то мощность рассеивания составит примерно 3 Вт. При включении последовательно диода мощность снизится вдвое. Обратное напряжение на диоде должно равняться 400 В. Когда включаются два встречных светодиода, можно поставить два двухваттных резистора. Их сопротивление должно быть в два раза меньше. Это возможно, когда в одном корпусе два кристалла разных цветов. Обычно один кристалл красный, другой зелёный.

В том случае, когда используется резистор 200 кОм, наличие защитного диода не требуется, так как ток на обратном ходу маленький и не будет вызывать разрушение кристалла. Эта схема включения светодиодов в сеть имеет один минус — маленькая яркость лампочки. Она может применяться, например, для подсветки комнатного выключателя.

Из-за того, что ток в сети переменный, это позволяет избежать лишних трат электричества на нагрев воздуха с помощью ограничительного резистора. С этой задачей справляется конденсатор. Ведь он пропускает переменный ток и при этом не нагревается.

Важно помнить, что через конденсатор должны проходить оба полупериода сети, для того чтобы он смог пропускать переменный ток. А так как светодиод проводит ток только в одну сторону, то необходимо поставить обычный диод (либо еще дополнительный светодиод) встречно-параллельно светодиоду. Тогда он и будет пропускать второй полупериод.

Когда схема включения светодиода в сеть 220 вольт будет отключена, на конденсаторе останется напряжение. Иногда даже полное амплитудное в 315 В. Это грозит ударом тока. Чтобы этого избежать, нужно предусмотреть помимо конденсатора еще и разрядный резистор большого номинала, который в случае отсоединения от сети моментально разрядит конденсатор. Через этот резистор, при нормальной его работе, течет незначительный ток, не нагревающий его.

Для защиты от импульсного зарядного тока и в качестве предохранителя ставим низкоомный резистор. Конденсатор должен быть специальный, который рассчитан на цепь с переменным током не меньше 250 В, либо на 400 В.

Схема последовательного включения светодиодов предполагает установку лампочки из нескольких светодиодов, включенных последовательно. Для этого примера достаточно одного встречного диода.

Так как падение напряжения тока на резисторе будет меньше, то от источника питания нужно отнять суммарное падение напряжения на светодиодах.

Необходимо, чтобы устанавливаемый диод был рассчитан на ток, аналогичный току, проходящему через светодиоды, а обратное напряжение должно быть равно сумме напряжений на светодиодах. Лучше всего использовать чётное количество светодиодов и подключать их встречно-параллельно.

В одной цепочке может быть больше десяти светодиодов. Чтобы рассчитать конденсатор, нужно отнять от амплитудного напряжения сети 315 В сумму падения напряжения светодиодов. В результате узнаем число падения напряжения на конденсаторе.

Ошибки подключения светодиодов

Первая ошибка — это когда подключают светодиод без ограничителя, напрямую к источнику. В этом случае светодиод очень быстро выйдет из строя, по причине отсутствия контроля над величиной тока.
Вторая ошибка — это подключение к общему резистору светодиодов, установленных параллельно. Из-за того, что происходит разброс параметров, яркость горения светодиодов будет разной. К тому же, в случае выхода одного из светодиодов из строя, произойдет возрастание тока второго светодиода, из-за чего он может сгореть. Так что, когда используется один резистор, необходимо последовательно подключать светодиоды. Это позволяет оставить ток прежним при расчёте резистора и сложить напряжения светодиодов.
Третья ошибка — это когда светодиоды, которые рассчитаны на разный ток, включают последовательно. Это становится причиной того, что один из них будет гореть слабо, либо наоборот — работать на износ.
Четвертая ошибка — это использование резистора, у которого недостаточное сопротивление. Из-за этого ток, текущий через светодиод, будет слишком большим. Некоторая часть энергии, при завышенном напряжении тока, превращается в тепло, в результате чего происходит перегрев кристалла и значительное уменьшение его срока службы. Причина этому — дефекты кристаллической решетки. Если напряжение тока еще больше возрастет, и р-n-переход нагреется, это приведет к снижению внутреннего квантового выхода. В результате этого упадет яркость светодиода, и кристалл будет подвергаться разрушению.
Пятая ошибка — включение светодиода в 220В, схема которой очень проста, при отсутствии ограничения обратного напряжения. Максимально допустимое обратное напряжение у большинства светодиодов — примерно 2 В, а напряжение обратного полупериода влияет на падение напряжения, которое равняется напряжению питания при запертом светодиоде.
Шестая причина — это использование резистора, мощность которого недостаточна. Это провоцирует сильный нагрев резистора и процесс плавления изоляции, которая касается его проводов. Затем начинает обгорать краска и под влиянием высоких температур наступает разрушение. Все по причине того, что резистор рассеивает только ту мощность, на которую он был рассчитан.

Схема включения мощного светодиода

Для подключения мощных светодиодов нужно использовать AC/DC-преобразователи, у которых стабилизированный выход тока. Это поможет отказаться от применения резистора или интегральной схемы драйвера светодиодов. В то же время мы сможем добиться простого подключения светодиодов, комфортного использования системы и снижения стоимости.

Прежде чем включить в электросеть мощные светодиоды, убедитесь в надежности подключения их к источнику тока. Не подключайте систему к блоку питания, который находится под напряжением, иначе это приведет к выходу из строя светодиодов.

Светодиоды 5050. Характеристики. Схема включения

К маломощным светодиодам относятся также светодиоды поверхностного монтажа (SMD). Чаще всего их используют для подсветки кнопок в мобильном телефоне или для декоративной светодиодной ленты.

Светодиоды 5050 (размер типокорпуса: 5 на 5 мм) — это полупроводниковые источники света, прямое напряжение которых 1,8-3,4 В, а сила прямого тока на каждый кристалл — до 25 мА. Особенность светодиодов SMD 5050 состоит в том, что их конструкция состоит из трех кристаллов, которые позволяют светодиоду излучать несколько цветов. Их называют RGB-светодиодами. Корпус их выполнен из термоустойчивого пластика. Линза рассеивания прозрачная и залита эпоксидной смолой.

Для того чтобы светодиоды 5050 работали как можно дольше, их необходимо подключать к номиналам сопротивлений последовательно. Для максимальной надежности схемы на каждую цепочку лучше подключить отдельный резистор.

Схемы включения мигающих светодиодов

Мигающий светодиод — это светодиод, в который встроен интегральный генератор импульсов. Частота вспышек у него составляет от 1,5 до 3 Гц.

Несмотря на то что мигающий светодиод достаточно компактный, в него вмещен полупроводниковый чип генератора и дополнительные элементы.

Что касается напряжения мигающего светодиода, то оно универсально и может варьироваться. Например, для высоковольтных это З-14 вольт, а для низковольтных 1,8-5 вольт.

Соответственно, к положительным качествам мигающего светодиода можно отнести, помимо маленького размера и компактности устройства световой сигнализации, еще и широкий диапазон допустимого напряжения тока. К тому же он может излучать различные цвета.

В отдельные виды мигающих светодиодов встраивают около трех разноцветных светодиодов, у которых разная периодичность вспышек.

Мигающие светодиоды еще и достаточно экономичны. Дело в том, что электронная схема включения светодиода сделана на МОП-структурах, благодаря чему мигающим диодом можно заменить отдельный функциональный узел. По причине маленьких габаритов мигающие светодиоды часто применяются в компактных устройствах, требующих наличия маленьких радиоэлементов.

На схеме мигающие светодиоды обозначаются так же, как и обычные, исключение лишь в том, что линии стрелок не просто прямые, а пунктирные. Тем самым они символизируют мигание светодиода.

Через прозрачный корпус мигающего светодиода видно, что он состоит из двух частей. Там на отрицательном выводе катодного основания находится кристалл светоизлучающего диода, а на анодном выводе расположен чип генератора.

Соединены все составляющие данного устройства с помощью трех золотистых проволочных перемычек. Чтобы отличить мигающий светодиод от обычного, достаточно просмотреть прозрачный корпус на свету. Там можно увидеть две подложки одинаковой величины.

На одной подложке находится кристаллический кубик светоизлучателя. Он состоит из редкоземельного сплава. Для того чтобы увеличить световой поток и фокусировку, а также для формирования диаграммы направленности используют параболический алюминиевый отражатель. Этот отражатель в мигающем светодиоде по размеру меньше, чем в обычном. Это по причине того, что во второй половине корпуса находится подложка с интегральной микросхемой.

Между собой эти две подложки сообщаются при помощи двух золотистых проволочных перемычек. Что касается корпуса мигающего светодиода, то он может быть выполнен либо из светорассеивающей матовой пластмассы, либо из прозрачного пластика.

Из-за того, что излучатель в мигающем светодиоде находится не на оси симметрии корпуса, то для функционирования равномерной засветки необходимо применение монолитного цветного диффузного световода.

Наличие прозрачного корпуса можно встретить лишь у мигающих светодиодов большого диаметра, которые обладают узкой диаграммой направленности.

Из высокочастотного задающего генератора состоит генератор мигающего светодиода. Его работа постоянна, а частота составляет около 100 кГц.

Наравне с высокочастотным генератором также функционирует делитель на логических элементах. Он, в свою очередь, осуществляет деление высокой частоты до 1,5-3 Гц. Причиной совместного применения высокочастотного генератора с делителем частоты является то, что для работы низкочастотного генератора необходимо наличие конденсатора с наибольшей ёмкостью для времязадающей цепи.

Доведение высокой частоты до 1-3 Гц требует наличия делителей на логических элементах. А их достаточно легко можно применить на небольшом пространстве полупроводникового кристалла. На полупроводниковой подложке, помимо делителя и задающего высокочастотного генератора, находится защитный диод и электронный ключ. Ограничительный резистор встраивается в мигающие светодиоды, которые рассчитаны на напряжение тока от 3 до 12 вольт.

Низковольтные мигающие светодиоды

Что касается низковольтных мигающих светодиодов, то у них отсутствует ограничительный резистор. При переполюсовке питания требуется наличие защитного диода. Он необходим для того, чтобы не допустить выхода микросхемы из строя.

Чтобы работа высоковольтных мигающих светодиодов была долговременной и шла бесперебойно, напряжение питания не должно превышать 9 вольт. Если напряжение тока возрастет, то рассеиваемая мощность мигающего светодиода увеличится, что приведет к нагреву полупроводникового кристалла. Впоследствии из-за чрезмерного нагрева начнется деградация мигающего светодиода.

Когда необходимо проверить исправность мигающего светодиода, то для того, чтобы это сделать безопасно, можно использовать батарейку на 4,5 вольта и включенный последовательно со светодиодом резистор сопротивлением 51 Ом. Мощностью резистора должна быть не менее 0,25 Вт.

Монтаж светодиодов

Монтаж светодиодов — очень важный вопрос по той причине, что это непосредственно связано с их жизнеспособностью.

Так как светодиоды и микросхемы не любят статику и перегрев, то паять детали необходимо как можно быстрее, не больше пяти секунд. При этом нужно использовать паяльник малой мощности. Температура жала не должна превышать 260 градусов.

При пайке дополнительно можно использовать медицинский пинцет. Пинцетом светодиод зажимается ближе к корпусу, благодаря чему при пайке создается дополнительный отвод тепла от кристалла. Чтобы ножки светодиода не сломались, их необходимо гнуть не сильно. Они должны оставаться параллельно друг другу.

Для того чтобы избежать перегрузки либо замыкания, устройство нужно снабдить предохранителем.

Схема плавного включения светодиодов

Схема плавного включения и выключения светодиодов — популярная среди других, ею интересуются автовладельцы, желающие тюнинговать свои машины. Данная схема применяется для подсветки салона автомобиля. Но это не единственное ее применение. Она используется и в других сферах.

Простая схема плавного включения светодиода должна состоять из транзистора, конденсатора, двух резисторов и светодиодов. Необходимо подобрать такие токоограничивающие резисторы, которые смогут пропускать ток в 20 мА через каждую цепочку светодиодов.

Схема плавного включения и выключения светодиодов не будет полноценной без наличия конденсатора. Именно он позволяет ее собрать. Транзистор должен быть p-n-p-структуры. А ток на коллекторе не должен быть меньше 100 мА. Если схема плавного включения светодиодов собрана правильно, то на примере салонного освещения автомобиля за 1 секунду будет проходить плавное включение светодиодов, а после закрытия дверей — плавное выключение.

Поочередное включение светодиодов. Схема

Одним из световых эффектов с применением светодиодов является поочередное их включение. Он именуется бегущим огнем. Работает такая схема от автономного питания. Для ее конструкции применяется обычный переключатель, который подает напряжение питания поочередно на каждый из светодиодов.

Рассмотрим устройство, состоящее из двух микросхем и десяти транзисторов, которые вкупе составляют задающий генератор, управление и саму индексацию. С выхода задающего генератора импульс передается на блок управления, он же десятичный счетчик. Затем напряжение поступает на базу транзистора и открывает его. Анод светодиода оказывается подключен к плюсу источника питания, что приводит к свечению.

Второй импульс формирует логическую единицу на следующем выходе счетчика, а на предыдущем появится низкое напряжение и закроет транзистор, в результате чего светодиод погаснет. Далее все происходит в той же последовательности.

Диод

как переключатель и переход Простое объяснение — Wira Electrical

Силовой диод — это простейшее статическое устройство среди силовой электроники (PE). Это устройство может действовать как электронный переключатель. Так что использование диода в качестве переключателя кажется удобным.

Обозначение схемы можно увидеть на рисунке. (1), это устройство с двумя выводами, где вывод A обозначает анод, а вывод K обозначает катод.

Рисунок 1. Диод питания

Диод питания в качестве переключателя

Если на клемме A будет более высокий потенциал, чем на клемме B, устройство будет работать в режиме прямого смещения, и ток будет течь в указанное направление называется прямым током (I _F).

Это вызывает относительно небольшое падение напряжения на устройстве (<1 В), и в идеальных условиях им можно пренебречь.

Прежде чем мы перейдем к объяснению, убедитесь, что вы прочитали, что такое электрический ток, чтобы понять принцип работы.

Напротив, при обратном смещении он не пропускает ток, и практический силовой диод будет иметь небольшой ток, протекающий в обратном направлении, называемый током утечки.

При выборе идеального устройства не учитываются падение напряжения и ток утечки.Обычно в PE мы будем использовать расчет, основанный на идеальных условиях.

Его практические характеристики основаны на идеале нулевого прямого и бесконечного обратного импеданса, как показано на рисунке (2a).

При работе в прямом смещении потенциальный барьер, связанный с распределением зарядов вблизи перехода, вместе с другими эффектами вызывает падение напряжения.

В практическом диоде его характеристика изображена на рис. 2б.

Рисунок 2а.Типичная статическая характеристика

Рисунок 2b. Характеристика в практическом состоянии

Обратите внимание на график характеристики, прямая характеристика изображена как пороговое напряжение V _o и линейное инкрементное или наклонное сопротивление r . Обратная характеристика остается неизменной во всем диапазоне возможных токов утечки независимо от напряжения в нормальном рабочем диапазоне.

PN Junction Diode

Из характеристики легко заметить, что когда он смещен в прямом направлении, ток, протекающий через него, увеличивается с увеличением напряжения.

Ток в режиме обратного смещения относительно невелик, пока не будет достигнуто напряжение пробоя.

Как только приложенное напряжение превысит предел, ток будет быстро течь до очень высокого значения, ограниченного только внешним сопротивлением.

Принцип его работы основан на пропускании или блокировке напряжения и тока.

Характеристики силового диода

Характеристики диода постоянного тока . Наиболее важными параметрами являются следующие:

Прямое напряжение , В _F — это падение напряжения диода между A и K при прямом смещении.
Напряжение пробоя , В _B — это падение напряжения на диоде за пределами обратного смещения, также известное как лавина.
Обратный ток , I _R — это ток при определенном напряжении, которое ниже напряжения пробоя.

Характеристики диода переменного тока . Наиболее часто используемые параметры:

Время восстановления в прямом направлении , t _FR — это время, необходимое для того, чтобы его напряжение упало до определенного значения после начала прохождения прямого тока.
Время обратного восстановления , t _rr — это временной интервал между приложением обратного тока и обратным напряжением, упавшим до определенного значения, как показано на рисунке (3). Параметр t _a — это интервал между переходами его тока через нуль до того момента, когда он станет I _RR.Напротив, t _b — это временной интервал от максимального обратного тока до примерно 0,25 I _RR. Соотношение значений t _a и t _b называется коэффициентом мягкости (SF). Для высокочастотной коммутации применяются силовые диоды с характеристиками скачкообразного восстановления.

Важно рассчитать время обратного восстановления. Меньшее значение t _rr указывает на возможность более быстрого переключения.

(1)

Если t _b можно игнорировать (общий случай), то верно следующее уравнение:

(2)

И ток обратного восстановления

(3)

где Q _RR — плата за хранение.

Например,

Выбранный диод имеет скорость падения тока di / dt = 20 A / µs, а время обратного восстановления t _rr = 5 µs. Рассчитайте пиковый обратный ток.

Solution,

Пиковый обратный ток составляет,

(4)

Плата за хранение Q _RR составляет,

Следовательно,

(6)

Емкость диода , C _D — емкость сетевого диода вместе с переходом (C _J) плюс емкость корпуса (C _P).

Управляющие ПИН-диоды: Альтернатива операционному усилителю

ПИН-диоды , которые помещают слаболегированную внутреннюю (I) область между сильно легированными P- и N-областями, широко используются в ВЧ- и СВЧ-устройствах. Обычно PIN-диоды применяются в микроволновых переключателях, фазовращателях и аттенюаторах, где требуются высокая изоляция и низкие потери. Их можно найти в испытательном оборудовании, контрольно-измерительных приборах, средствах связи, радарах и в различных военных приложениях.

Каждый PIN-диод в схеме переключения имеет сопутствующий драйвер PIN-диода или драйвер переключения , который обеспечивает управляемый ток прямого смещения, напряжение обратного смещения и активирующий интерфейс между управляющим сигналом — обычно цифровой логической командой и одним или несколькими PIN-диоды. Эта функция драйвера может быть реализована в виде дискретной конструкции или со специализированными ИС в зависимости от приложения.

В качестве альтернативы можно использовать широко доступные операционные усилители и специальные усилители, такие как ограничивающие усилители и дифференциальные усилители, вместо дискретных схем управления PIN-диодами и дорогих микросхем драйверов PIN-диодов.Операционные усилители этого класса отличаются широкой полосой пропускания, высокой скоростью нарастания напряжения и более чем достаточным установившимся током для управления PIN-диодами. В этой статье обсуждаются три различные схемы ПИН-драйвера, в которых используются операционные усилители или специальные усилители — AD8037, AD8137 и ADA4858-3. Цепи предназначены для работы с однополюсными двухпозиционными переключателями на PIN-диодах, но они также могут быть адаптированы для других конфигураций цепей. Они будут подробно описаны после обсуждения природы и использования PIN-диодов.

PIN диоды

PIN-диоды

используются в качестве резисторов с регулируемым током на ВЧ- и СВЧ-частотах, с сопротивлением, которое может находиться в диапазоне от долей Ом при прямом смещении или на до более 10 кОм при обратном смещении или при обратном смещении. В отличие от типичных диодов с PN-переходом, PIN-диоды имеют дополнительный слой внутреннего полупроводникового материала с высоким сопротивлением (I в PIN), зажатый между материалами P и N (Рисунок 1).

Рисунок 1.PIN-диод.
Когда PIN-диод смещен в прямом направлении, дырки из материала P и электроны из материала N инжектируются в область I. Заряды не могут мгновенно рекомбинировать; конечное количество времени, необходимое для их рекомбинации, называется временем жизни носителей . Это вызывает чистый накопленный заряд в области I, снижая его сопротивление до значения, обозначенного как R _S , эффективное значение на сопротивлении диода (рис. 2а).
При подаче напряжения обратного смещения или нулевого смещения диод выглядит как большое сопротивление, R _P , зашунтированное емкостью C _T (рисунок 2b).Изменяя геометрию диода, можно настроить PIN-диоды, чтобы они имели множество комбинаций R _S и C _T для удовлетворения потребностей различных схемотехнических приложений и диапазонов частот.
Рис. 2. Эквивалентные схемы PIN-диодов. a) включен , I _BIAS >> 0. b) Off , V _BIAS ≤ 0.
Комбинация установившегося тока смещения, I _SS и обратного напряжение, обеспечиваемое драйвером, определяет окончательные значения R _S и C _T .Набор взаимосвязей для членов типичного семейства PIN-диодов можно увидеть на рисунках 3 и 4 — для кремниевых диодов серии M / A-COM MADP 042XX8-13060. Материал диода влияет на его свойства. Например, диоды из арсенида галлия (GaAs) требуют небольшого обратного смещения — если оно вообще есть — для достижения низкого значения C _T, как показано на рисунке 9.
Рисунок 3. Зависимость сопротивления кремниевого диода от прямого тока. Рисунок 4. Зависимость емкости кремниевого диода от обратного напряжения.
Накопленный заряд в PIN-диоде может быть аппроксимирован уравнением 1.
(1)
где:
Q _S = накопленный заряд
τ = срок службы диодных носителей
I _SS = установившийся ток
Чтобы включить или выключить диод, необходимо ввести или удалить накопленный заряд. Работа водителя заключается в том, чтобы очень быстро ввести или удалить этот накопленный заряд. В случаях, когда время переключения меньше срока службы несущей диода, пиковый ток (IP), необходимый для быстрого переключения, может быть аппроксимирован уравнением 2.
(2)
где:
т = необходимое время переключения
I _SS = установившийся ток, обеспечиваемый драйвером, который устанавливает сопротивление PIN-диода, RS
τ = срок службы носителя
Ток впрыска или снятия привода, или пиковый ток , и , можно выразить уравнением 3.
(3)
где:
C = емкость выходных конденсаторов драйвера или пиковых конденсаторов
В = напряжение на выходных конденсаторах
dv / dt = скорость изменения напряжения на конденсаторах
во времени
Интерфейс смещения ПИН-диода
Подключение схемы управления драйвером переключателя к PIN-диоду, чтобы он мог включать и выключать диоды, применяя прямое или обратное смещение, является сложной задачей.В схеме смещения обычно используется фильтр нижних частот между ВЧ схемой и драйвером переключателя. На рисунке 5 показан однополюсный двухпозиционный радиочастотный переключатель (SPDT) и его схема смещения. При правильной реализации фильтры L1 / C2 и L3 / C4 позволяют подавать управляющие сигналы на PIN-диоды D1 – D4 с минимальным взаимодействием с RF-сигналом, который переключается с RF IN на PORT 1 или PORT 2. Эти элементы позволяют относительно управляющие сигналы более низкой частоты проходят через PIN-диоды, но не позволяют высокочастотному сигналу выходить из тракта радиочастотного сигнала.Ошибочные потери РЧ-энергии означают нежелательно более высокие вносимые потери для коммутатора. Конденсаторы C1, C3 и C5 блокируют смещение постоянного тока, подаваемое на диоды, от проникновения в схемы на пути радиочастотного сигнала. Индуктор L2 в обратном пути постоянного тока к земле позволяет с легкостью передавать сигналы постоянного тока и низкочастотные сигналы переключателя-драйвера, но имеет высокий импеданс на ВЧ и микроволновых частотах, уменьшая потери РЧ-сигнала.
Рисунок 5. Типовая схема однополюсного двухпозиционного переключателя (SPDT).
Поскольку схемы смещения, ВЧ-сигнала и драйвера переключателя взаимодействуют и влияют на производительность друг друга, компромиссы важны, как и в любой конструкции.Например, если C2 и C4 большие (> 20 пФ) — что желательно для ВЧ характеристик — у драйвера есть проблема, потому что большие емкости приводят к более медленным нарастающим и спадающим фронтам. В большинстве приложений желательно быстрое переключение, поэтому емкость должна быть минимальной для оптимальной производительности драйвера, но при этом быть достаточно высокой, чтобы соответствовать требованиям радиочастотной цепи.
Драйверы традиционных ПИН-диодов
Драйверы
для PIN-диодов бывают разных форм и размеров. На рисунке 6 представлена схема типичного драйвера дискретного переключателя, который обеспечивает хорошую скорость переключения.Такие драйверы могут быть реализованы либо с использованием микросхем и проводов , (гибридная), что очень дорого, либо с компонентами для поверхностного монтажа (SMT), которые недороги, но требуют большего количества печатных плат (PCB). площадь, чем гибрид.
Рисунок 6. Схема драйвера дискретного переключателя.
Выделенный переключатель-драйвер Интегральные схемы (ИС) также доступны; они компактны, имеют интерфейс TTL и обладают хорошей производительностью, но их гибкость ограничена, и они, как правило, дороги.
Другой тип архитектуры драйвера переключателя, который следует рассмотреть, использует операционные усилители . Явным преимуществом драйверов переключателей операционных усилителей является присущая им гибкость. Их можно легко настроить для различных приложений, напряжений питания и условий, чтобы предоставить проектировщику множество вариантов дизайна.
Драйверы ПИН-диодов ОУ
Схемы операционного усилителя
являются привлекательной альтернативой традиционным драйверам на PIN-диодах. Помимо гибкости, они могут работать с переходными скоростями, часто приближающимися или превышающими 1000 В / мкс.Здесь будут показаны три различные схемы усилителя для управления ПИН-диодами RF. Выбранные усилители принципиально разные, но все они выполняют схожие функции. Эти схемы усилителя будут управлять PIN-диодами из кремния или арсенида галлия (GaAs), но каждый может предложить что-то свое.
AD8037 — Клещевой усилитель
Эта схема может работать на частоте до 10 МГц с отличными характеристиками переключения и общей задержкой распространения 15 нс. Выходное напряжение и ток можно изменять, , , чтобы соответствовать различным приложениям, изменяя либо усиление, либо напряжение фиксации.
Фиксирующий усилитель AD8037, изначально разработанный для управления АЦП, обеспечивает фиксированный выход для защиты от перегрузки входа АЦП. В конфигурации, показанной на Рисунке 7, пара AD8037 (U2 и U3) используется для управления PIN-диодами.
Рис. 7. Схема драйвера PIN-диода AD8037.
Здесь U2 и U3 установлены на неинвертирующее усиление, равное 4. Уникальная функция входного зажима AD8037 обеспечивает исключительно чистый и точный зажим. Он линейно усиливает входной сигнал до точки, где будет превышено усиление, умноженное на положительное и отрицательное напряжения фиксации (V _CH и V _CL).При коэффициенте усиления 4 и фиксирующем напряжении ± 0,75 В выходное напряжение будет в четыре раза больше входного напряжения для входов меньше ± 0,75 В, но будет ограничено максимумом ± 3 В, когда входной сигнал больше ± 0,75. V. Эта функция ограничения обеспечивает очень быстрое восстановление (обычно менее 2 нс) после перегрузки. Напряжения фиксаторов (V _CH и V _CL) определяются делителями напряжения R2, R3, R7 и R8.
Цифровой интерфейс реализован логическим вентилем 74F86 XOR (U1), который выдает управляющие сигналы для U2 и U3 с минимальным рассогласованием задержки распространения между двумя дополнительными выходами.Сеть резисторов R4, R5, R6 и R9 обеспечивает сдвиг уровня выходов TTL примерно до ± 1,2 В, который подается на U2 и U3 через R10 и R12.
Входы ± 1,2 В для U2 и U3 обеспечивают перегрузку 60%, гарантируя, что выходы перейдут в фиксированное состояние (4 × 0,75 В). Таким образом, выходные уровни для кремниевого драйвера PIN-диода установлены на ± 3 В. Резисторы R16 и R17 ограничивают установившийся ток. Конденсаторы C12 и C13 устанавливают пиковый ток для PIN-диодов.
AD8137 — Дифференциальный усилитель
Дифференциальные усилители, такие как AD8137, использованные в этом примере, обеспечивают исключительную высокоскоростную коммутационную способность при низких затратах и предлагают разработчикам большую гибкость при управлении различными типами ВЧ нагрузок.Доступны различные дифференциальные усилители, в том числе более быстрые и высокопроизводительные устройства.
Высокоскоростной дифференциальный усилитель AD8137, обычно используемый для управления АЦП, также может служить недорогим и маломощным драйвером PIN-диодов. Достигая типичного времени переключения от 7 нс до 11 нс, включая задержки распространения драйвера и ВЧ нагрузки, он имеет дополнительные выходы и является универсальной альтернативой более дорогим традиционным драйверам.
Схема на рисунке 8 преобразует несимметричный вход TTL (0 В в 3.5 В) с дополнительным сигналом ± 3,5 В с минимизацией задержки распространения. Сигнал TTL усиливается в 4 раза для обеспечения требуемого размаха ± 3,5 В на выходах AD8137. Средняя точка (или синфазное напряжение) сигнала TTL составляет 1,75 В; то же значение должно быть применено к R ₂ , что и V _REF , чтобы избежать появления ошибки синфазного смещения на выходах усилителя. Лучше всего управлять этой точкой от источника с низким импедансом; любое последовательное сопротивление будет добавлено к R ₁ и повлияет на усиление усилителя.
Рисунок 8. Схема драйвера PIN-диода.
Коэффициент усиления выходного напряжения определяется уравнением 4.
(4)
Чтобы правильно ограничить входное сопротивление генератора импульсов до 50 Ом, необходимо определить входное сопротивление схемы дифференциального усилителя. Это можно вычислить с помощью уравнения 5, которое дает R _T = 51,55 Ом, для которого ближайшее стандартное значение 1% составляет 51.1 Ом. Для симметричного размаха на выходе важно, чтобы две входные цепи имели одинаковый импеданс. Это означает, что инвертирующий входной импеданс должен включать импеданс Тевенина источника и оконечного сопротивления в сопротивление установки усиления, R ₂ . Более подробное объяснение см. В примечаниях к применению AN-1026.
(5)
На рисунке 8 R ₂ примерно на 20 Ом больше, чем R ₁ для компенсации дополнительного сопротивления (25 Ом), вносимого параллельной комбинацией резистора источника, R _S и согласующий резистор R _T .Установка R ₄ на 1,02 кОм, ближайшее стандартное значение к 1,025 кОм, гарантирует, что два соотношения резисторов равны, чтобы избежать появления синфазной ошибки.
Сдвиг выходного уровня легко выполняется с помощью вывода V _OCM AD8137, который устанавливает синфазный уровень выходного постоянного тока. В этом случае вывод V _OCM связан с землей для симметричного колебания выхода относительно земли.
Резисторы R5 и R6 устанавливают установившийся ток PIN-диода, как показано в уравнении 6.
(6)
Конденсаторы C5 и C6 устанавливают пиковый ток, который помогает вводить и удалять накопленный заряд в PIN-диодах. Их значения емкости можно регулировать для оптимизации характеристик, необходимых для конкретной диодной нагрузки. Пиковый ток можно определить по уравнению 7.
(7)
ADA4858-3 — Тройной операционный усилитель с нагнетательным насосом
Для многих приложений доступен только один источник питания.Это часто может быть проблематичным для разработчика схем, особенно при поиске низкой выходной емкости в схемах PIN. В таких случаях операционный усилитель со встроенной накачкой заряда полезен в схеме для управления кремниевыми или GaAs PIN-диодами, не требуя внешнего отрицательного источника питания. Это может обеспечить значительную экономию за счет экономии места, энергии и бюджета.
Одним из таких устройств является ADA4858-3, высокоскоростной тройной усилитель с обратной связью по току, отличающийся тем, что он включает в себя встроенную подкачку заряда, которая позволяет изменять выходной сигнал с –3 В до –1.8 В под землей, в зависимости от напряжения питания и нагрузки. Он достаточно надежен, чтобы на самом деле питать другие схемы отрицательным током питания до 50 мА.
ADA4858-3 обеспечивает уникальное решение проблемы управления СВЧ-переключателем с дополнительным PIN-диодом в системе с одним источником питания. Вспоминая рисунок 4, можно увидеть, что, в зависимости от типа PIN-диода, даже небольшое обратное смещение помогает снизить емкость диода, C _T. GaAs PIN-диоды выигрывают от этого типа драйвера, поскольку они обычно не требуют такого большого отрицательного смещения, чтобы поддерживать низкую емкость выключенного состояния (C _T) (рисунок 9).
Рис. 9. Зависимость емкости трансформатора тока GaAs от напряжения.
На рисунке 10 показана схема, использующая ADA4858-3 в качестве драйвера PIN-диода. Ко входу можно добавить буферный вентиль, чтобы схема была совместима с TTL или другой логикой. Для этой схемы требуется преобразовать размах входного сигнала TTL 0-В в 3,5 В в дополнительный размах от –1,5 В до + 3,5 В для управления PIN-диодами.
Рисунок 10. ADA4858-3 как драйвер PIN-диода.
R1, R2, R3 и U1C образуют опорное напряжение –1,5 В для цепи с внутренним отрицательным напряжением CPO, генерируемым встроенной накачкой заряда.Конденсаторы C3 и C4 необходимы для работы зарядного насоса. Затем отрицательное задание пассивно суммируется с входом V _TTL через делитель напряжения (R5 и R9). Результирующее напряжение (V _RD) появляется на неинвертирующем входе U1B. Выходное напряжение U1B можно рассчитать с помощью уравнения 8.
(8)
где:
(9)
Отрицательное задание также подается на усилитель U1A, где оно суммируется с входом TTL; Результирующее выходное напряжение V2 можно рассчитать с помощью уравнения 10.
(10)
Поскольку в этих усилителях используется архитектура с обратной связью по току, необходимо уделить внимание выбору сопротивления обратной связи, которое играет важную роль в стабильности и частотной характеристике усилителя. Для этого приложения резистор обратной связи установлен на 294 Ом, как рекомендовано в техническом паспорте. Выходные напряжения V1 и V2 можно описать уравнением 8 и уравнением 10 соответственно.Величину пикового выходного тока можно определить с помощью уравнения 3 для напряжения на конденсаторах C5 и C6. Установившийся ток, который устанавливает сопротивление PIN-диода, устанавливается разностью напряжений на R11 и R12 и зависит от кривых PIN-диода и требований системы.
Для этого приложения в качестве нагрузки РЧ-переключателя использовался SPDT-переключатель на кремниевом PIN-диоде MASW210B-1, используемый во входном каскаде микроволнового понижающего преобразователя (рис. 11).
Рисунок 11. Блок-схема понижающего преобразователя.
Форма выходного сигнала переключателя и входной сигнал TTL показаны на рисунке 12. Обратите внимание на быстрые нарастающие и спадающие фронты. В этом приложении не использовались пиковые конденсаторы C5 и C6 из-за относительно медленного времени переключения, требуемого переключателем, примерно 50 нс. R11 и R12, которые определяют установившийся ток диода, были резисторами 330 Ом.
Рисунок 12. Форма волны, показывающая скорость переключения РЧ. Рисунок 13. Спектральная характеристика понижающего преобразователя.
На рисунке 13 показана спектральная частотная характеристика входного каскада понижающего преобразователя с переключателем SW1 в фиксированном положении для проверки вносимых потерь.Обратите внимание на отсутствие гармоник или боковых полос — хороший признак того, что нет заметных артефактов переключения 100 кГц, исходящих от встроенной накачки заряда ADA4858-3 — важное соображение при использовании этих устройств в приложениях такого типа.
Заключение
Как показывают эти три примера, операционные усилители могут предоставить творческую альтернативу традиционным драйверам, с производительностью, сопоставимой с характеристиками специализированных ИС, предназначенных исключительно для управления PIN-диодами. Кроме того, операционные усилители позволяют настраивать коэффициенты усиления, управлять входами и — при использовании устройств, содержащих внутреннюю подкачку заряда — устранять отрицательное напряжение питания, добавляя гибкость конструкции драйверов для PIN-диодов и других схем.Простые в использовании и настройке операционные усилители относительно легко решают сложные проблемы.
использованная литература
Хиллер, Джеральд. Конструкция с PIN-диодами . Замечания по применению M / A-COM AG312.
Общие сведения о твердотельных переключателях ВЧ / СВЧ и их применении . Примечание по применению Agilent.
Благодарности
Данные о скорости переключения и спектральные характеристики, ВЧ-нагрузка и испытательное оборудование были любезно предоставлены Sage Laboratories, Hudson, NH.Испытания проводились под руководством Тони Каппелло, технического директора, при технической поддержке Дэвида Дункана, вице-президента по инженерным вопросам.
Поставщики средств беспроводной связи и ресурсы
О мире беспроводной связи RF
Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.
Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.
Статьи о системах на основе Интернета вещей
Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей.В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN
Статьи о беспроводной радиосвязи
В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.
Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤
Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤
Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые замирания и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤
Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается структурная схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤
Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤
5G NR Раздел
В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP
Учебные пособия по беспроводным технологиям
В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>
Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF
В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадра GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызова и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.
LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.
RF Technology Stuff
На этой странице мира беспроводной радиосвязи описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤VSAT Система ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤Основы работы с волноводом
Секция испытаний и измерений
В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA
Волоконно-оптическая технология
Волоконно-оптический компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH
Поставщики, производители радиочастотной беспроводной связи
Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.
Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный приемопередатчик, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексер, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, оборудование EMC, программное обеспечение для проектирования RF, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители компонентов RF >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор
MATLAB, Labview, встроенные исходные коды
Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здравоохранении *
Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома
Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.
RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи
Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR
IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии
Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Датчики разных типов

Поделиться страницей

Перевести страницу

% PDF-1.2 % 60 0 объект > эндобдж xref 60 79 0000000016 00000 н. 0000001928 00000 н. 0000002045 00000 н. 0000002645 00000 н. 0000002868 00000 н. 0000002948 00000 н. 0000003068 00000 н. 0000003153 00000 п. 0000003253 00000 н. 0000003313 00000 н. 0000003424 00000 н. 0000003484 00000 н. 0000003544 00000 н. 0000003657 00000 н. 0000003758 00000 п. 0000003817 00000 н. 0000003914 00000 н. 0000003974 00000 н. 0000004034 00000 п. 0000004166 00000 п. 0000004309 00000 п. 0000004416 00000 н. 0000004476 00000 н. 0000004644 00000 п. 0000004703 00000 п. 0000004815 00000 н. 0000004874 00000 н. 0000004934 00000 п. 0000005051 00000 н. 0000005160 00000 н. 0000005219 00000 п. 0000005330 00000 н. 0000005398 00000 п. 0000005529 00000 н. 0000005588 00000 н. 0000005679 00000 п. 0000005739 00000 н. 0000005830 00000 н. 0000005890 00000 н. 0000005982 00000 п. 0000006042 00000 н. 0000006136 00000 п. 0000006207 00000 н. 0000006347 00000 н. 0000006408 00000 п. 0000006527 00000 н. 0000006588 00000 н. 0000006714 00000 н. 0000006775 00000 н. 0000006836 00000 н. 0000007024 00000 н. 0000007578 00000 п. 0000008652 00000 п. 0000009727 00000 н. 0000010136 00000 п. 0000011474 00000 п. 0000011581 00000 п. 0000011603 00000 п. 0000012467 00000 п. 0000012489 00000 п. 0000013333 00000 п. 0000013355 00000 п. 0000014168 00000 п. 0000014253 00000 п. 0000014275 00000 п. 0000015137 00000 п. 0000015254 00000 п. 0000015276 00000 п. 0000016151 00000 п. 0000016174 00000 п. 0000017832 00000 п. 0000017853 00000 п. 0000018009 00000 п. 0000023125 00000 п. 0000023203 00000 п. 0000023281 00000 п. 0000030209 00000 п. 0000002108 00000 п. 0000002623 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 137 0 объект > транслировать Hc«f`a`g`gg @
Силовые коммутационные цепи
Схемы переключения питания
Развлечения и игры с синхронным выпрямители
«Zero Volt Diode» — схема синхронного выпрямителя. Вильф Ригтер:
Zero Volt Diode (ZVD) — это схема, полезная в множество приложений, включая солнечные зарядные устройства всех типы.Это новая схема, в которой действует силовой полевой МОП-транзистор. как диод с очень низким падением напряжения, который переключает состояние при 0 В и который используется для проведения отрицательного тока от слив в источник.
В солнечных двигателях типа D1 диод с малыми потерями может использоваться для зарядите крышку до напряжения холостого хода солнечного элемента и используется в зарядных устройствах солнечных батарей, аккумулятор заряжается с максимальной скоростью, когда напряжение источника является самым высоким.В диод должен использоваться последовательно с солнечной панелью, иначе крышка или батарея разряжались через солнечную панель когда напряжение панели падает ниже сохраненного напряжения. В диод или эквивалентный переключатель, чувствительный к полярности, поэтому необходим для солнечных зарядных устройств.
Большинство диодов, используемых в BEAM SE и солнечных зарядных устройствах, являются Кремниевые диоды, такие как 1N4001, у которых падение напряжения составляет 0.От 6В до 1В при токах до 1А. Более эффективные диоды для токи от> 100 мА до десятков ампер Выпрямители типа Шоттки с падением напряжения от 200 мВ до 1000 мВ в зависимости от текущего уровня. Для <100 мА применения германиевый диод может использоваться с 200 мВ или меньше уронить.
Эта проблема падения напряжения важна в соревнованиях по солнечной энергии. двигатели, так как вы хотите, чтобы максимальное напряжение зарядите крышку и подайте нагрузку (низкое падение диода) и держите заряд накапливается на крышке при падении уровня освещенности (отключение тока утечки) и срабатывает SE.Кроме того, так как энергия в крышке пропорциональна квадрату напряжение даже небольшое падение напряжения на диоде снижает доступная энергия. Одно очевидное простое улучшение по сравнению с оригинальная конструкция D1 предназначена для замены диода Ge 1N34A (Радио Shack) вместо диода Si 1N4001.
Идеальный диод имел бы нулевое падение напряжения. В то время как прямое подключение солнечного элемента имеет минимальное падение напряжения он протекает, если свет падает, и у любого реального диода есть передний падение напряжения.Что делать?
Решение — использовать полевой МОП-транзистор в качестве выпрямителя. точно так же, как приложения синхронного выпрямителя в преобразователи напряжения. MOSFET должен быть переключен ВКЛ, когда солнечное напряжение больше, чем конденсатора или батареи и выключить, когда солнечное напряжение ниже сохраненного Напряжение.
Вот небольшая конструкция для зарядки конденсаторов от солнечных батарей с нулевым падением напряжения на конце цикла зарядки. Его можно легко масштабировать до более высокие токи, заменив 2N7000 на больший МОП-транзистор. Если присутствует параллельная нагрузка, цепь также обеспечивает максимальное напряжение при минимальном вносимые потери от солнечного элемента.МОП-транзистор включается, когда разница напряжений равна нулю и выключается, когда солнечное напряжение падает ниже 100мВ ниже крышки или аккумулятора.
Транзистор NPN нормально включен, когда крышка напряжение больше, чем 0,6 В, и это зажимает затвор выключенного 2N7000. PNP транзистор подключен к отрицательной клемме солнечная панель и когда напряжение на ней клемма падает ниже 0 В, PNP включается.Это в Turn выключает NPN, и 2N7000 включается. У полевых МОП-транзисторов есть интересная особенность: они действуют как двунаправленные переключатели, поэтому 2N7000 вполне доволен стоком провести отрицательный ток к линии 0 В. Когда напряжение на минусовой клемме солнечной панели более положительный, чем 0 В, PNP отключается и NPN ON и 2N7000 выключается со стоком напряжение положительное по отношению к напряжению источника и линия 0В.Поскольку 2N7000 не включается до тех пор, пока напряжение на затворе не станет более 2 В (в практика: выше по справочнику) а логический полевой транзистор с более низким напряжением включения затвора будет быть предпочтительнее. В любом случае MOSFET имеет интегральный обратный диод от стока к истоку, который будет нести ток до тех пор, пока напряжение на цоколе не достигнет 2В в этот момент включается полевой МОП-транзистор и передний напряжение падает до нескольких десятков мВ.

Что такое диоды быстрого восстановления (FRD)? | Полупроводник
Что такое диоды быстрого восстановления (FRD)?
Этот диод с p-n переходом предназначен для уменьшения времени обратного восстановления (trr) и также называется высокоскоростным диодом.
По сравнению с обычными выпрямительными диодами, trr на 2–3 разряда меньше, потому что FRD разработан с импульсным источником питания для выпрямления высоких частот в десятки или сотни кГц.
Типовые характеристики
Выдерживаемое напряжение (В _RM) Высокое напряжение, такое как 600 В, 800 В и 1000 В
Прямое напряжение (В _F)
Приблизительно от 1,3 до 3,6 В
Обратный ток (I _R)
Чрезвычайно малая, от нескольких мкА до десятков мкА
Время обратного восстановления (trr)
Примерно от десятков нСм до 100 нСм
Заявка
Выпрямление цепей переключения высокого напряжения (например, PFC)
Необходимо выбрать и использовать лучший тип диода в соответствии с каждым применением, потому что чем меньше время обратного восстановления, тем больше становится V _F.
Характеристики восстановления диода
Можно приравнять trr к «времени возвращения дырок», потому что движение дырок занимает больше времени по сравнению с движением электронов.
Взаимосвязь между прямым током (I
_F) и временем обратного восстановления (trr)
Когда прямой ток мал
Когда прямой ток большой
Как улучшить трр
Тяжелый металл рассеивается, или на диод с p-n-переходом облучается пучок электронов, чтобы создать ловушку для носителей, чтобы улавливать дырки, когда они возвращаются.TRR улучшается на 2–3 разряда, но в результате V _F становится больше.
Диод с этой защитой называется высокоскоростным диодом и обычно называется FRD (диод быстрого восстановления).
Выбор и использование диодов быстрого восстановления
V _F -TRR компромисс для диодов, выдерживающих 600 В
Диоды выпрямительные общего назначения
Эти p-n диоды не быстродействующие.TRR большой, но V _F маленький, около 1 В (для продуктов на 600 В). Эти диоды предназначены для промышленных частот, например 50/60 Гц, и не используются в цепи переключения.
FRD
FRD — диоды с быстрым восстановлением. Они обеспечивают высокоскоростную поддержку и обычно имеют время от 50 до 100 нс. При напряжении V _F около 1,5 В это довольно много по сравнению с обычными выпрямительными диодами.
Еще один общий термин для типа FRD — «высокоскоростной диод.”
FRD (сверхскоростной тип)
Даже среди диодов с быстрым восстановлением этот диод разработан специально для быстродействия. Trr составляет примерно 25 нс, что очень мало, но V _F довольно велик при напряжении от 3 до 3,6 В. Этот диод используется в приложениях, требующих высокой скорости. Даже если V _F больше, чем это, относительное преимущество trr невелико.
Этот тип важен не только из-за его высокой скорости, но и из-за его характеристик мягкого восстановления.
Форма кривой тока для режима критической проводимости PFC
Ток диода медленно падает, как показано на рисунке. Ток восстановления также ограничен индуктором и не становится таким большим.
В этом типе применения сверхбыстрый диод не требуется, а использование обычного FRD, когда VF не очень большой, повышает эффективность.
трр быстродействующих диодов класса 600 В
Пример сверхскоростного типа
trr = 25 нс (макс.), V _F = 3.6 В (макс.)
Пример высокоскоростного типа
trr = 100 нс (макс.), В _F = 1,5 В (макс.)
Для этого применения подходят высокоскоростные типы.
Форма кривой тока для режима непрерывной проводимости PFC
Как показано на рисунке, когда в диоде протекает ток и внезапно прикладывается обратное напряжение, если ток отключается, в течение периода trr протекает чрезвычайно большой ток восстановления, что приводит к потерям.
При использовании в схемах этого типа необходимо использовать диод с наименьшим trr, даже если жертвовать V _F.
трр быстродействующих диодов класса 600 В
Пример сверхскоростного типа
trr = 25 нс (макс.), В _F = 3,6 В (макс.)
Пример высокоскоростного типа
trr = 100 нс (макс.), В _F = 1,5 В (макс.)
Вышеуказанные сверхвысокоскоростные типы подходят для этого приложения.
Мягкое восстановление и жесткое восстановление
Когда ток восстановления восстанавливается слишком внезапно, он производит больше шума. В результате trr должен быть не только маленьким, но и плавно или плавно восстанавливаться.
Может показаться, что под номерами 1 и 3 в каталоге указан одинаковый trr, но потери и шум совершенно разные. Кроме того, цифра 2 выглядит очень хорошо при просмотре каталога, но производит большой шум.
И потери мощности, и шум небольшие
Потеря мощности мала, но шум велик
И потери мощности, и шум большие
Учебное пособие для понижающего преобразователя постоянного тока
Введение
Выключатель мощности был ключом к практичным переключателям регуляторов.До изобретения переключателя питания с вертикальным металлооксидным полупроводником (VMOS) переключение источников питания, как правило, было непрактичным.
Основная функция индуктора — ограничить скорость нарастания тока с помощью переключателя питания. Это действие ограничивает пиковый ток, который в противном случае ограничивался бы только сопротивлением переключателя. Ключевым преимуществом использования катушки индуктивности в импульсных регуляторах является то, что она накапливает энергию. Эта энергия может быть выражена в Джоулях как функция тока следующим образом:
E = ½ × L × I²
Линейный регулятор использует резистивное падение напряжения для регулирования напряжения, теряя мощность (падение напряжения, умноженное на ток) в виде тепла.Индуктивность импульсного регулятора действительно имеет падение напряжения и связанный с ним ток, но ток сдвинут по фазе на 90 градусов с напряжением. Благодаря этому энергия сохраняется и может быть восстановлена в фазе разряда цикла переключения. Это приводит к гораздо более высокой эффективности и меньшему нагреву.
Что такое импульсный регулятор?
Импульсный стабилизатор — это схема, в которой для передачи энергии от входа к выходу используется переключатель мощности, индуктор и диод.
Основные компоненты схемы переключения могут быть преобразованы в понижающий (понижающий) преобразователь, повышающий (повышающий) преобразователь или инвертор (обратный ход).Эти конструкции показаны на рисунках 1 , 2, , 3 и 4 соответственно, где рисунки 3 и 4 идентичны, за исключением полярности трансформатора и диода. Схемы обратной связи и управления могут быть аккуратно вложены в эти схемы для регулирования передачи энергии и поддержания постоянной выходной мощности в нормальных рабочих условиях.

Рис. 1. Топология понижающего преобразователя.

Рисунок 2.Простой повышающий преобразователь.

Рисунок 3. Инвертирующая топология.

Рис. 4. Топология обратного хода трансформатора.
Зачем нужен импульсный регулятор?
Импульсные регуляторы имеют три основных преимущества по сравнению с линейными регуляторами. Во-первых, эффективность переключения может быть намного лучше. Во-вторых, поскольку при передаче теряется меньше энергии, требуются компоненты меньшего размера и меньшее тепловое управление.В-третьих, энергия, запасенная катушкой индуктивности в импульсном стабилизаторе, может быть преобразована в выходное напряжение, которое может быть выше входного (повышающее), отрицательного (инвертор) или даже может передаваться через трансформатор для обеспечения гальванической развязки по отношению к вход (рисунок 4).
Учитывая преимущества импульсных регуляторов, можно задаться вопросом, где можно использовать линейные регуляторы? Линейные регуляторы обеспечивают более низкий уровень шума и более широкую полосу пропускания; их простота иногда может предложить менее дорогое решение.
Правда, у импульсных регуляторов есть свои недостатки. Они могут быть шумными и требуют управления энергопотреблением в виде контура управления. К счастью, решение этих проблем управления интегрировано в современные микросхемы контроллера переключения режимов.
Регуляторы повышения давления
Фаза зарядки
Базовая конфигурация наддува изображена на Рис. 5 . Предполагая, что переключатель был разомкнут в течение длительного времени и что падение напряжения на диоде отрицательное, напряжение на конденсаторе равно входному напряжению.Когда переключатель замыкается, входное напряжение + V _IN подается на катушку индуктивности, и диод предотвращает разряд конденсатора + V _OUT на землю. Поскольку входное напряжение является постоянным, ток через катушку индуктивности линейно возрастает со временем со скоростью, пропорциональной входному напряжению, деленному на индуктивность.

Рис. 5. Фаза зарядки: когда переключатель замыкается, ток через индуктор нарастает.
Фаза разряда
На рисунке 6 показана фаза разряда.Когда переключатель снова размыкается, ток индуктора продолжает течь в выпрямительный диод для зарядки выхода. По мере увеличения выходного напряжения наклон тока, di / dt, хотя катушка индуктивности меняется на противоположную. Выходное напряжение повышается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие или:
В _L = L × di / dt
Другими словами, чем выше напряжение индуктора, тем быстрее падает ток индуктора.

Рисунок 6. Фаза разряда: при размыкании переключателя ток течет к нагрузке через выпрямительный диод.
В установившемся режиме работы среднее напряжение на катушке индуктивности за весь цикл переключения равно нулю. Это означает, что средний ток через катушку индуктивности также находится в установившемся состоянии. Это важное правило, регулирующее все топологии коммутации на основе катушек индуктивности. Сделав еще один шаг вперед, мы можем установить, что для заданного времени заряда t _ON, заданного входного напряжения и при равновесной цепи существует определенное время разряда t _OFF для выходного напряжения.Поскольку среднее напряжение на катушке индуктивности в установившемся режиме должно быть равно нулю, мы можем рассчитать для схемы повышения напряжения:
V _IN × t _ВКЛ = t _ВЫКЛ × V _L
И потому что:
V _ВЫХ = V _IN + V _L
Затем мы можем установить связь:
V _OUT = V _IN × (1 + t _ON / t _OFF)
Используя соотношение для рабочего цикла (D):
t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ) = D
Затем для схемы наддува:
В _ВЫХ = В _ВХОД / (1-D)
Аналогичные выводы можно сделать для понижающей схемы:
В _ВЫХ = В _ВХОД × D
А для схемы инвертора (обратноходовой):
В _ВЫХ = В _ВХОД × D / (1-D)
Методы управления
Из выводов для повышения, понижения и инвертора (обратного хода) можно видеть, что изменение рабочего цикла управляет установившимся выходом по отношению к входному напряжению.Это ключевая концепция, регулирующая все коммутационные цепи на основе индукторов.
ШИМ в режиме напряжения
Наиболее распространенный метод управления, показанный на рис. 7 , — это широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Этот метод берет образец выходного напряжения и вычитает его из опорного напряжения, чтобы установить небольшой сигнал ошибки (V _ERROR). Этот сигнал ошибки сравнивается с сигналом линейного изменения генератора. Компаратор выдает цифровой выход (PWM), который управляет переключателем питания.Когда напряжение на выходе схемы изменяется, V _ERROR также изменяется и, таким образом, вызывает изменение порогового значения компаратора. Следовательно, ширина выходного импульса (PWM) также изменяется. Это изменение рабочего цикла затем перемещает выходное напряжение, чтобы уменьшить сигнал ошибки до нуля, тем самым завершая контур управления.

Рис. 7. Сигнал переменной ошибки генерирует сигнал переключения с широтно-импульсной модуляцией.
На рисунке 8 показана практическая схема, использующая повышающую топологию, сформированную с помощью MAX1932.Эта ИС представляет собой интегрированный контроллер со встроенным программируемым цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). ЦАП устанавливает выходное напряжение в цифровом виде через последовательный канал. R5 и R8 образуют делитель, измеряющий выходное напряжение. R6 фактически отключен от цепи, когда напряжение ЦАП совпадает с опорным напряжением (1,25 В). Это связано с тем, что на R6 имеется нулевое напряжение и нулевой ток. Когда выход ЦАП равен нулю (земля), R6 фактически параллелен R8. Эти два условия соответствуют минимальному и максимальному диапазону регулировки выхода 40 В и 90 В соответственно.

Рис. 8. MAX1932 представляет собой интегральную схему повышения напряжения с управлением в режиме напряжения.
Затем сигнал делителя вычитается из внутреннего опорного напряжения 1,25 В и затем усиливается. Этот сигнал ошибки затем выводится на вывод 8 в качестве источника тока. Это вместе с парой дифференциальных входов образует усилитель крутизны. Такое расположение используется потому, что выход усилителя ошибки имеет высокий импеданс (источник тока), что позволяет регулировать усиление схемы путем изменения R7 и C4.Эта компоновка также дает возможность обрезать усиление контура для получения приемлемого запаса устойчивости. Затем сигнал ошибки на контакте 8 направляется в компаратор и выводится для включения переключателя питания. R1 — это токоизмерительный резистор, который измеряет выходной ток. Когда ток недопустимо высок, схема ШИМ отключается, тем самым защищая схему.
Тип переключения (топология) на рисунках 7 и 8 классифицируется как контроллер режима напряжения (VMC), поскольку обратная связь регулирует выходное напряжение.Для анализа мы можем предположить, что если коэффициент усиления контура бесконечен, выходное сопротивление для идеального источника напряжения равно нулю.
ШИМ токовый режим
Другой широко используемый тип управления — это управление в режиме тока (CMC). Этот метод регулирует выходной ток, и при бесконечном усилении контура выходной сигнал является источником с высоким импедансом. В CMC токовая петля вложена в более медленную петлю напряжения, как показано на Рис. 9 ; рампа создается крутизной тока катушки индуктивности и сравнивается с сигналом ошибки.Таким образом, когда выходное напряжение проседает, CMC подает больший ток на нагрузку. Преимущество CMC — способность управлять током катушки индуктивности. В VMC ток индуктора не измеряется. Это становится проблемой, потому что катушка индуктивности вместе с конденсатором выходного фильтра образует резонансный резервуар, который может звенеть и даже вызывать колебания. Управление текущим режимом определяет ток катушки индуктивности для исправления несоответствий. Хотя это сложно сделать, тщательно подобранные компоненты компенсации могут эффективно подавить этот резонанс в VCM.

Рисунок 9. Широтно-импульсная модуляция в токовом режиме.
Повышающие регуляторы точки нагрузки (POL)
Схема на рис. 10 использует CMC с контроллером MAX668. Эта схема повышения аналогична рисункам 7 и 8, за исключением того, что R1 определяет ток катушки индуктивности для CMC. R1 и некоторые внутренние компараторы обеспечивают ограничение тока. R5 в сочетании с C9 фильтрует шум переключения на резисторе считывания, чтобы предотвратить ложное срабатывание ограничения тока.Внутренний порог ограничения тока MAX668 является фиксированным; изменяя резистор R1, регулируется уставка ограничения тока. Резистор R2 устанавливает рабочую частоту. MAX668 — это универсальная интегральная схема, которая может обеспечивать широкий диапазон преобразований постоянного тока в постоянный.
Внешние компоненты MAX668 могут иметь высокое напряжение, что обеспечивает большую гибкость для приложений с большой мощностью.

Рис. 10. MAX668 для схемы повышения с управлением по току.
Для портативных устройств с низким входным напряжением, требующих меньшей мощности, рекомендуются MAX1760 и MAX8627 (выходной ток 1A).Эти последние устройства используют внутренние полевые транзисторы и измеряют ток, используя сопротивление полевых транзисторов для измерения тока катушки индуктивности (чувствительный резистор не требуется).
Преобразователь nanoPower Boost
Повышающие преобразователи
широко используются в бытовой электронике для повышения и стабилизации проседания напряжения литий-ионных аккумуляторов под нагрузкой. Новым и растущим потребительским рынком является Интернет вещей (IoT), «облачная» сеть беспроводных взаимосвязанных устройств, которые часто включают аудио, видео, приложения для умного дома и носимые устройства.Тенденция IoT в сочетании с зеленой энергией (стремление к сокращению потерь энергии и переходу к возобновляемым формам производства энергии) требует, чтобы небольшие устройства работали автономно в течение длительных периодов времени при небольшом потреблении энергии. Синхронный повышающий преобразователь MAX17222 nanoPower отвечает всем требованиям. MAX17222 предлагает входной диапазон от 400 мВ до 5,5 В, ограничение пикового тока катушки индуктивности 0,5 А и выходное напряжение, которое выбирается с помощью одного стандартного резистора 1%. Новый режим True Shutdown ^™ обеспечивает токи утечки в диапазоне наноампер, что делает его поистине наноэнергетическим устройством!
На рисунке 11 показаны основные элементы MAX17222 в отношении токов отключения и покоя.

Рисунок 11. MAX17222 Токи отключения и покоя
Функция True Shutdown отключает выход от входа без прямого или обратного тока, что приводит к очень низкому току утечки. Входной ток покоя (I _QINT) для MAX17222 составляет 0,5 нА (разрешить открытие после запуска), а выходной ток покоя (I _QOUT) составляет 300 нА.
Понижающие регуляторы
На рисунке 12 показана упрощенная версия архитектуры Maxim Quick-PWM ™.Чтобы проанализировать эту понижающую схему, мы начнем с сигнала обратной связи ниже порога регулирования, определенного эталоном. Если ошибок прямого тока нет, то однократный таймер t _ON, который вычисляет время включения для DH, включается немедленно вместе с DH. Этот расчет t _ON основан на делении выходного напряжения на входное, что приблизительно соответствует времени включения, необходимому для поддержания фиксированной частоты переключения, определяемой константой K. Как только истечет время однократного таймера t _ON, DH выключен, а DL включен.Затем, если напряжение все еще ниже порога регулирования, DH немедленно включается. Это позволяет току индуктора быстро нарастать в соответствии с требованиями нагрузки. После достижения равновесия с нагрузкой среднее напряжение катушки индуктивности должно быть равно нулю. Поэтому мы рассчитываем:

Рис. 12. Упрощенная блок-схема управления Maxim Quick-PWM.
t _ON × (V _IN — V _OUT) = t _OFF × V _OUT
Перестановка:
V _OUT / (V _IN — V _OUT) = t _ON / t _OFF
Добавление 1 к обеим сторонам и сбор условий:
V _OUT / V _IN = t _ON / (t _ON + t _OFF)
Поскольку коэффициент заполнения равен D:
t _ВКЛ / (t _ВКЛ + t _ВЫКЛ) = D
Для понижающей схемы:
D = V _ВЫХ / V _IN
Запатентованный компанией Maxim метод управления Quick-PWM имеет некоторые преимущества перед PWM.Управление Quick-PWM генерирует новый цикл, когда выходное напряжение падает ниже порога регулирования. Следовательно, тяжелые переходные процессы вынуждают выходную мощность падать, немедленно запуская новый рабочий цикл. Это действие приводит к ответу на скачок нагрузки 100 нс. Также важно отметить, что в отличие от понижающей схемы на рисунке 1, на рисунке 12 для разрядного тракта вместо диода используется полевой МОП-транзистор (Q2). Такая конструкция снижает потери, связанные с падением на диоде; сопротивление в открытом состоянии канала MOSFET удваивается как измерение тока.Поскольку для стимулирования схемы к переключению требуются пульсации выходного напряжения, для поддержания стабильности требуется конденсатор выходного фильтра с некоторым ESR. Архитектура Quick-PWM также может быстро реагировать на изменения линейного входа, напрямую подавая сигнал входного напряжения на вычислитель времени включения. Другие методы должны ждать, пока выходное напряжение не упадет или не взлетит, прежде чем предпринимать какие-либо действия, а это часто бывает слишком поздно.
Контроллер понижающего блока питания памяти DDR
Практическое применение Quick-PWM можно найти в Рис. 13 .MAX8632 — это встроенный блок питания памяти DDR. Наряду с понижающей схемой Quick-PWM (VDDQ), MAX8632 объединяет высокоскоростной линейный стабилизатор (VTT) для управления переходными процессами шины, присутствующими в системах памяти DDR. Линейный регулятор имеет определенные преимущества перед переключателями: линейные регуляторы не имеют индуктора для ограничения скорости нарастания тока, поэтому очень быстрая скорость нарастания тока может обслуживать переходные процессы нагрузки. Для более медленных схем потребуются конденсаторы большой емкости для обеспечения тока нагрузки до тех пор, пока источник питания не сможет нарастить ток для обслуживания нагрузки.

Более подробное изображение (PDF, 76kB)
Рис. 13. MAX8632 использует архитектуру Quick-PWM от Maxim и линейный регулятор для обеспечения полной системы питания DDR. Устройство может использоваться как основной графический процессор или как стандартный источник питания базовой логики.
Эффективность
Один из самых больших факторов потери мощности для коммутаторов — это выпрямительный диод. Рассеиваемая мощность — это просто прямое падение напряжения, умноженное на протекающий через него ток.Обратное восстановление кремниевых диодов также может привести к потерям. Эти потери мощности снижают общую эффективность и требуют управления температурой в виде радиатора или вентилятора.
Чтобы свести к минимуму эти потери, в импульсных регуляторах можно использовать диоды Шоттки, которые имеют относительно низкое падение прямого напряжения и хорошее обратное восстановление. Однако для максимальной эффективности вы можете использовать переключатель MOSFET вместо диода. Эта конструкция известна как «синхронный выпрямитель» (см. рисунки, 12, 13 и 14, ).Выключатель синхронного выпрямителя разомкнут, когда главный выключатель замкнут, и то же самое верно и наоборот. Для предотвращения перекрестной проводимости (и верхний, и нижний переключатели включены одновременно) схема переключения должна быть прерывистой перед включением. Из-за этого диод по-прежнему должен работать в течение интервала между размыканием главного переключателя и замыканием переключателя синхронного выпрямителя (мертвое время). Когда полевой МОП-транзистор используется в качестве синхронного переключателя, ток обычно течет в обратном направлении (исток — сток), и это позволяет встроенному внутреннему диоду проводить ток в течение мертвого времени.Когда переключатель синхронного выпрямителя замыкается, ток течет через канал MOSFET. Из-за очень низкого сопротивления канала для силовых MOSFET стандартное прямое падение выпрямительного диода может быть уменьшено до нескольких милливольт. Синхронное выпрямление может обеспечить КПД значительно выше 90%.

Рисунок 14. Синхронное выпрямление для понижающей цепи. Обратите внимание на встроенный диод в корпусе MOSFET.
Режим пропуска повышает эффективность легкой нагрузки
Функция, предлагаемая во многих современных контроллерах переключения, — это режим пропуска.Режим пропуска позволяет регулятору пропускать циклы, когда они не нужны, что значительно повышает эффективность при малых нагрузках. Для стандартной понижающей схемы (рис. 1) с выпрямительным диодом отказ от инициирования нового цикла просто позволяет разрядить ток индуктора или энергию индуктора до нуля. В этот момент диод блокирует любой обратный ток через индуктивность, и напряжение на катушке индуктивности стремится к нулю. Это называется «прерывистый режим» и показан на рис. 15 . В режиме пропуска новый цикл инициируется, когда выходное напряжение падает ниже порога регулирования.В режиме пропуска и прерывистой работе частота коммутации пропорциональна току нагрузки. С синхронным выпрямителем, к сожалению, несколько сложнее. Это связано с тем, что ток катушки индуктивности может измениться в переключателе MOSFET, если затвор остается включенным. MAX8632 включает в себя компаратор, который определяет, когда ток через катушку индуктивности меняет направление, и размыкает переключатель, позволяя внутреннему диоду полевого МОП-транзистора блокировать обратный ток.

Рисунок 15.В прерывистом режиме индуктор полностью разряжается, а затем напряжение на индукторе остается на нуле.
Рисунок 16 показывает, что режим пропуска обеспечивает повышенную эффективность при малой нагрузке, но за счет шума, поскольку частота переключения не фиксирована. Техника управления с принудительной ШИМ поддерживает постоянную частоту переключения и изменяет отношение цикла заряда к циклу разряда при изменении рабочих параметров. Поскольку частота переключения является фиксированной, спектр шума относительно узок, что позволяет использовать простые методы фильтрации нижних частот или режекторных фильтров для значительного уменьшения размаха пульсаций напряжения.Поскольку шум может быть помещен в менее чувствительную полосу частот, ШИМ популярен в телекоммуникационных и других приложениях, где шумовые помехи являются проблемой.

Рисунок 16. Эффективность с режимом пропуска и без него.
Понижающий преобразователь точки нагрузки высокой мощности
Переключатели питания MOSFET теперь интегрированы с контроллерами, образуя однокристальные решения, такие как схема MAX1945, показанная на , рис. 17, . У этого чипа есть металлическая заглушка на нижней стороне, которая отводит тепло от кристалла, поэтому 28-контактный корпус TSSOP может рассеивать более 1 Вт, позволяя схеме подавать более 10 Вт на свою нагрузку.При частоте переключения 1 МГц размер выходной катушки индуктивности и конденсаторов фильтра можно уменьшить, что дополнительно сэкономит ценное пространство и количество компонентов. По мере того, как технологии переключения мощности MOSFET продолжают совершенствоваться, производительность в режиме переключения будет расти, что еще больше снизит стоимость, размер и проблемы управления температурным режимом.

Рис. 17. MAX1945 — это внутреннее устройство переключения на 6 А с уменьшенным количеством деталей и небольшой занимаемой площадью для экономии места на плате.
Понижающий преобразователь POL с низким энергопотреблением
Высокоэффективные понижающие (понижающие) преобразователи MAX1836 / MAX1837 имеют предустановку 3.Выходное напряжение 3 В или 5 В при напряжении питания до 24 В. Используя внешние резисторы обратной связи, выходное напряжение можно регулировать от 1,25 В до VIN. Внутренний переключающийся полевой МОП-транзистор с ограничением по току обеспечивает ток нагрузки до 125 мА (MAX1836) или 250 мА (MAX1837). Уникальная схема управления с ограничением тока, работающая с рабочими циклами до 100%, сводит к минимуму падение напряжения (120 мВ при 100 мА). Кроме того, эта схема управления снижает ток питания при малых нагрузках до 12 мкА. Высокие частоты переключения позволяют использовать крошечные катушки индуктивности и выходные конденсаторы для поверхностного монтажа.Понижающие преобразователи MAX1836 / MAX1837 с внутренними переключаемыми полевыми МОП-транзисторами доступны в 6-контактных корпусах SOT23 и 3 мм x 3 мм TDFN, что делает их идеальными для недорогих, маломощных и компактных приложений.
Понижающий преобразователь nanoPower
MAX3864xA / B — это семейство nanoPower сверхмалых понижающих (понижающих) DC-DC преобразователей тока 330 нА, работающих от 1,8 В до 5,5 В на входе и поддерживающих токи нагрузки до 175 мА, 350 мА, 700 мА с повышенным пиковым КПД. до 96%. В выключенном состоянии ток выключения составляет всего 5 нА.Устройства обеспечивают сверхнизкий ток покоя, малый общий размер решения и высокую эффективность во всем диапазоне нагрузок. MAX3864xA / B идеально подходят для аккумуляторных приложений, где длительное время автономной работы является обязательным. Семейство MAX3864xA / B использует уникальную схему управления, которая обеспечивает сверхнизкий ток покоя и высокую эффективность в широком диапазоне выходного тока. Устройства MAX3864xA / B предлагаются в компактном 6-контактном корпусе (WLP) размером 1,42 x 0,89 мм (2 x 3 выступа, шаг 0,4 мм), а также в 6-выводном корпусе μDFN размером 2 x 2 мм. .
Сводка
Хотя методы коммутации сложнее реализовать, коммутационные схемы почти полностью заменили линейные источники питания в широком диапазоне портативных и стационарных конструкций. Это связано с тем, что схемы переключения обеспечивают более высокую эффективность, меньшие размеры компонентов и меньше проблем с терморегулированием.
No related posts.

Выдерживаемое напряжение (В _RM)	Высокое напряжение, такое как 600 В, 800 В и 1000 В
Прямое напряжение (В _F)	Приблизительно от 1,3 до 3,6 В
Обратный ток (I _R)	Чрезвычайно малая, от нескольких мкА до десятков мкА
Время обратного восстановления (trr)	Примерно от десятков нСм до 100 нСм
Заявка	Выпрямление цепей переключения высокого напряжения (например, PFC)

Схем

Рис. 1. Топология понижающего преобразователя.	Рисунок 2.Простой повышающий преобразователь.
Рисунок 3. Инвертирующая топология.	Рис. 4. Топология обратного хода трансформатора.