Hur designar man diodspänningsklämkrets i kommunikationsströmförsörjningssystem?

1. Arbetsprincipen för diodspänningsklämkrets
(1) Grundläggande principer
Diodspänningsklämkretsen består huvudsakligen av en eller flera dioder, som utnyttjar diodernas enkelriktade ledningsförmåga för att uppnå spänningsklämfunktion. När spänningen i kretsen överstiger diodens ledningsspänning, leder dioden och klämmer fast spänningen nära diodens ledningsspänning; När spänningen är lägre än diodens ledningsspänning stängs dioden av och har ingen effekt på kretsens normala funktion.
(2) Arbetsegenskaper för olika typer av dioder
Vanlig diod: har en fast ledningsspänning, vanligtvis runt 0,6-0,7V (kiselrör) eller 0,2-0,3V (germaniumrör). Dess ledningshastighet är snabb, men spännspänningsnoggrannheten är relativt låg.
Zenerdiod: Den kan upprätthålla en stabil omvänd genombrottsspänning inom ett visst strömområde i omvänt sammanbrottstillstånd. Genom att välja lämplig genomslagsspänning för spänningsregulatordioden kan spänningen spännas exakt till önskat värde.
Schottky-diod: Den har en låg framåtledningsspänning (vanligtvis 0,2-0,4V) och snabb växlingshastighet, lämplig för applikationer som kräver hög klämspänning och svarshastighet.
2. Konstruera punkter för diodspänningsklämkretsen
(1) Diodval
Välj enligt kraven på klämspänningen: Om exakt klämspänning krävs, bör en spänningsregulatordiod väljas, och dess genomslagsspänning ska bestämmas enligt systemkraven. Om precisionskravet för klämspänning inte är högt kan även vanliga dioder eller Schottky-dioder möta kravet.
Tänk på strömförande kapacitet: En diod kommer att flyta en viss mängd ström när den leder, så det är nödvändigt att välja en diod med tillräcklig strömkapacitet för att säkerställa att dioden inte skadas på grund av överhettning i händelse av överspänning.
Var uppmärksam på omvänd återhämtningstid: Omvänd återhämtningstid hänvisar till den tid som krävs för en diod att övergå från ett framåtledande tillstånd till ett omvänt avstängningstillstånd. I högfrekventa kommunikationskraftsystem bör dioder med kort omvänd återhämtningstid väljas för att minska kopplingsförluster och elektromagnetisk störning.
(2) Val av kretstopologistruktur
Enkel diodklämma: lämplig för situationer där klämspänningen inte är hög och överspänningsamplituden är liten. Strukturen är enkel och kostnaden låg, men spännnoggrannheten är begränsad.
Dubbel diodklämning: består av två dioder kopplade i omvänd serie, det kan förbättra noggrannheten och tillförlitligheten hos klämspänningen. När en diod går sönder kan den andra dioden fortfarande spela en viss spännroll.
Flernivåklämkrets: Genom att kaskadkoppla flera dioder kan den uppnå graderad klämning av olika amplituder av överspänning, vilket förbättrar kretsens förmåga att motstå överspänning.
(3) Parameterberäkning
Beräkning av klämspänning: För en spänningsregulatordiodklämkrets är klämspänningen lika med genomslagsspänningen för spänningsregulatordioden. För vanliga diod- eller Schottky-diodklämkretsar är klämspänningen ungefär diodens framåtledningsspänning plus andra spänningsfall i kretsen.
Strömberäkning: Beräkna strömmen som flyter genom en diod när den är ledande baserat på överspänningens amplitud och varaktighet. Samtidigt är det nödvändigt att överväga belastningsströmmen i kretsen för att säkerställa att diodens totala ström inte överstiger dess märkström.
Effektberäkning: Beräkna strömförlusten för dioden baserat på dess ledningsström och klämspänning. Välj dioder med tillräcklig effektkapacitet för att säkerställa att de inte skadas på grund av överhettning under lång-drift.
3. Möjliga problem och lösningar som uppstår under designprocessen
(1) Klämspänningen är instabil
Orsak till problemet: Det kan orsakas av diodens stora parametervariabilitet, temperaturförändringar eller ändringar i parametrarna för andra komponenter i kretsen.
Lösning: Använd temperaturkompensationskrets för att minska temperaturens inverkan på klämspänningen; Välj dioder med bra parameterkonsistens; Lägg till feedbackstyrkrets i kretsen för att övervaka och justera klämspänningen i realtid-.
(2) Diod överhettning och skada
Orsak till problemet: Det orsakas vanligtvis av att strömmen eller effekten hos dioden överskrider dess märkvärde, eller dålig värmeavledning.
Lösning: Välj rimligtvis modell och specifikationer för dioden för att säkerställa att dess ström- och effektkapacitet uppfyller kraven; Optimera kretsdesign för att minska diodström och effektförluster; Lägg till värmeavledningsanordningar som kylflänsar, fläktar etc. för att förbättra diodernas värmeavledningskapacitet.
(3) Problem med elektromagnetiska störningar
Orsak till problemet: Dioden genererar snabba strömförändringar under lednings- och avstängningsmoment, vilket resulterar i elektromagnetiska störningar.
Lösning: Anslut kondensatorer eller induktorer parallellt över dioden för att bilda en filtreringskrets som undertrycker elektromagnetiska störningar; Vidta skärmningsåtgärder för att skärma diod- och klämkretsen, vilket minskar elektromagnetisk strålning.
4. Designexempel
Ta en DC-DC-omvandlare i ett kommunikationskraftsystem som ett exempel, designa en diodspänningsklämmakrets för att skydda de känsliga komponenterna vid dess utgångsände. Förutsatt att utspänningen är 5V, måste överspänningen klämmas under 6V.
Diodval: Välj en spänningsregulatordiod med en genomslagsspänning på 6V, märkström på 1A och en effektkapacitet på 1W.
Kretstopologi: Genom att använda en enkel spänningsregulatordiodklämkrets är spänningsregulatordioden ansluten i omvänd parallell mellan utgångsterminalen och jord.
Parameterverifiering: Genom simulering och experimentell verifiering kan spänningsregulatordioden leda normalt under överspänningsförhållanden, klämma utgångsspänningen under 6V och säkerställa att ström- och effektförlusten för spänningsregulatordioden ligger inom märkområdet.

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