Come progettare il circuito di serraggio della tensione del diodo nel sistema di alimentazione di comunicazione?

1. Il principio di funzionamento del circuito di serraggio della tensione del diodo
(1) Principi fondamentali
Il circuito di blocco della tensione del diodo è composto principalmente da uno o più diodi, che utilizzano la conduttività unidirezionale dei diodi per ottenere la funzione di blocco della tensione. Quando la tensione nel circuito supera la tensione di conduzione del diodo, il diodo conduce, bloccando la tensione vicino alla tensione di conduzione del diodo; Quando la tensione è inferiore alla tensione di conduzione del diodo, il diodo si spegne e non ha alcun effetto sul normale funzionamento del circuito.
(2) Caratteristiche di funzionamento di diversi tipi di diodi
Diodo ordinario: ha una tensione di conduzione fissa, solitamente intorno a 0,6-0,7 V (tubo di silicio) o 0,2-0,3 V (tubo di germanio). La sua velocità di conduzione è elevata, ma la precisione della tensione di bloccaggio è relativamente bassa.
Diodo Zener: può mantenere una tensione di rottura inversa stabile entro un certo intervallo di corrente nello stato di rottura inversa. Selezionando la tensione di rottura appropriata del diodo regolatore di tensione, la tensione può essere fissata con precisione al valore desiderato.
Diodo Schottky: ha una bassa tensione di conduzione diretta (solitamente 0,2-0,4 V) e un'elevata velocità di commutazione, adatto per applicazioni che richiedono un'elevata tensione di bloccaggio e velocità di risposta.
2. Punti di progettazione del circuito di pinza di tensione del diodo
(1) Selezione diodo
Scegliere in base ai requisiti della tensione di bloccaggio: se è richiesta una tensione di bloccaggio precisa, è necessario selezionare un diodo regolatore di tensione e la sua tensione di rottura deve essere determinata in base ai requisiti del sistema. Se il requisito di precisione per la tensione di bloccaggio non è elevato, anche i diodi ordinari o i diodi Schottky possono soddisfare la domanda.
Considera la capacità di trasporto di corrente: un diodo farà circolare una certa quantità di corrente durante la conduzione, quindi è necessario scegliere un diodo con capacità di trasporto di corrente sufficiente per garantire che il diodo non venga danneggiato a causa del surriscaldamento in caso di sovratensione.
Prestare attenzione al tempo di recupero inverso: il tempo di recupero inverso si riferisce al tempo necessario affinché un diodo passi da uno stato di conduzione diretta a uno stato di interruzione inversa. Nei sistemi di alimentazione per comunicazioni ad alta-frequenza, è necessario selezionare diodi con tempo di recupero inverso breve per ridurre le perdite di commutazione e le interferenze elettromagnetiche.
(2) Selezione della struttura della topologia del circuito
Morsetto a diodo singolo: adatto per situazioni in cui la tensione del morsetto non è elevata e l'ampiezza della sovratensione è ridotta. La struttura è semplice e il costo è basso, ma la precisione di serraggio è limitata.
Morsetto a doppio diodo: composto da due diodi collegati in serie inversa, può migliorare la precisione e l'affidabilità della tensione di bloccaggio. Quando un diodo si guasta, l'altro diodo può ancora svolgere un certo ruolo di bloccaggio.
Circuito di bloccaggio multilivello: collegando in cascata più diodi, è possibile ottenere un bloccaggio graduale di diverse ampiezze di sovratensione, migliorando la capacità del circuito di resistere alla sovratensione.
(3) Calcolo dei parametri
Calcolo della tensione di clamp: per un circuito di clamp con diodo regolatore di tensione, la tensione di clamp è uguale alla tensione di rottura del diodo regolatore di tensione. Per i normali circuiti a diodi o a pinza a diodi Schottky, la tensione di pinza è approssimativamente la tensione di conduzione diretta del diodo più altre cadute di tensione nel circuito.
Calcolo della corrente: calcola la corrente che scorre attraverso un diodo quando è in conduzione in base all'ampiezza e alla durata della sovratensione. Allo stesso tempo, è necessario considerare la corrente di carico nel circuito per garantire che la corrente totale del diodo non superi la corrente nominale.
Calcolo della potenza: calcola la perdita di potenza del diodo in base alla corrente di conduzione e alla tensione di pinza. Scegli diodi con capacità di potenza sufficiente per garantire che non vengano danneggiati a causa del surriscaldamento durante il funzionamento a lungo-termine.
3. Possibili problemi e soluzioni incontrati durante il processo di progettazione
(1) La tensione della pinza è instabile
Motivo del problema: potrebbe essere causato dall'ampia variabilità dei parametri del diodo, dai cambiamenti di temperatura o dai cambiamenti nei parametri di altri componenti nel circuito.
Soluzione: adottare un circuito di compensazione della temperatura per ridurre l'impatto della temperatura sulla tensione del morsetto; Scegli diodi con una buona coerenza dei parametri; Aggiungi un circuito di controllo del feedback nel circuito per monitorare e regolare la tensione del morsetto in tempo reale-.
(2) Surriscaldamento e danneggiamento del diodo
Motivo del problema: di solito è causato dalla corrente o dalla potenza del diodo che supera il suo valore nominale o dalla scarsa dissipazione del calore.
Soluzione: selezionare ragionevolmente il modello e le specifiche del diodo per garantire che la sua capacità di corrente e potenza soddisfi i requisiti; Ottimizzare la progettazione del circuito per ridurre la corrente dei diodi e le perdite di potenza; Aggiungere dispositivi di dissipazione del calore come dissipatori di calore, ventole, ecc. per migliorare la capacità di dissipazione del calore dei diodi.
(3) Problema di interferenza elettromagnetica
Motivo del problema: il diodo genera rapidi cambiamenti di corrente durante i momenti di conduzione e di interruzione, con conseguente interferenza elettromagnetica.
Soluzione: collegare condensatori o induttori in parallelo attraverso il diodo per formare un circuito di filtraggio che sopprima le interferenze elettromagnetiche; Adottare misure di schermatura per proteggere il diodo e il circuito a pinza, riducendo le radiazioni elettromagnetiche.
4. Esempio di progettazione
Prendendo come esempio un convertitore CC-CC in un sistema di alimentazione di comunicazione, progetta un circuito di serraggio della tensione a diodi per proteggere i componenti sensibili all'estremità di uscita. Supponendo che la tensione di uscita sia 5 V, è necessario limitare la sovratensione al di sotto di 6 V.
Selezione del diodo: scegli un diodo regolatore di tensione con una tensione di rottura di 6 V, corrente nominale di 1 A e capacità di potenza di 1 W.
Topologia del circuito: Adottando un singolo circuito di serraggio del diodo regolatore di tensione, il diodo regolatore di tensione è collegato in parallelo inverso tra il terminale di uscita e la terra.
Verifica dei parametri: attraverso la simulazione e la verifica sperimentale, il diodo regolatore di tensione può condurre normalmente in condizioni di sovratensione, bloccare la tensione di uscita al di sotto di 6 V e garantire che la corrente e la perdita di potenza del diodo regolatore di tensione rientrino nell'intervallo nominale.

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