Bagaimana merancang rangkaian penjepit tegangan dioda pada sistem catu daya komunikasi?

1. Prinsip kerja rangkaian penjepit tegangan dioda
(1) Prinsip dasar
Rangkaian penjepit tegangan dioda terutama terdiri dari satu atau lebih dioda, yang memanfaatkan konduktivitas searah dioda untuk mencapai fungsi penjepit tegangan. Ketika tegangan dalam rangkaian melebihi tegangan konduksi dioda, dioda bekerja, menjepit tegangan di dekat tegangan konduksi dioda; Ketika tegangan lebih rendah dari tegangan konduksi dioda, dioda terputus dan tidak berpengaruh pada pengoperasian normal rangkaian.
(2) Karakteristik kerja berbagai jenis dioda
Dioda biasa: mempunyai tegangan konduksi tetap, biasanya sekitar 0,6-0,7V (tabung silikon) atau 0,2-0,3V (tabung germanium). Kecepatan konduksinya cepat, namun akurasi tegangan penjepitnya relatif rendah.
Dioda Zener: Dapat mempertahankan tegangan kerusakan balik yang stabil dalam kisaran arus tertentu dalam keadaan kerusakan terbalik. Dengan memilih tegangan rusaknya dioda pengatur tegangan yang sesuai, maka tegangan dapat dijepit secara tepat pada nilai yang diinginkan.
Dioda Schottky: Memiliki tegangan konduksi maju yang rendah (biasanya 0,2-0,4V) dan kecepatan peralihan yang cepat, cocok untuk aplikasi yang memerlukan tegangan penjepitan tinggi dan kecepatan respons.
2. Titik desain rangkaian penjepit tegangan dioda
(1) Pemilihan dioda
Pilih sesuai dengan persyaratan tegangan penjepit: Jika tegangan penjepitan yang tepat diperlukan, dioda pengatur tegangan harus dipilih, dan tegangan tembusnya harus ditentukan sesuai dengan persyaratan sistem. Jika persyaratan presisi untuk tegangan penjepit tidak tinggi, dioda biasa atau dioda Schottky juga dapat memenuhi permintaan tersebut.
Pertimbangkan daya dukung arus: Sebuah dioda akan mengalirkan sejumlah arus tertentu saat menghantarkan, sehingga perlu dipilih dioda dengan daya dukung arus yang cukup untuk menjamin bahwa dioda tidak akan rusak akibat panas berlebih jika terjadi tegangan lebih.
Perhatikan waktu pemulihan terbalik: Waktu pemulihan terbalik mengacu pada waktu yang diperlukan dioda untuk bertransisi dari kondisi konduksi maju ke kondisi cutoff terbalik. Dalam sistem daya komunikasi-frekuensi tinggi, dioda dengan waktu pemulihan balik yang singkat harus dipilih untuk mengurangi kerugian peralihan dan interferensi elektromagnetik.
(2) Pemilihan Struktur Topologi Sirkuit
Penjepit dioda tunggal: cocok untuk situasi di mana tegangan penjepit tidak tinggi dan amplitudo tegangan lebih kecil. Strukturnya sederhana dan biayanya rendah, tetapi akurasi penjepitannya terbatas.
Penjepitan dioda ganda: terdiri dari dua dioda yang dihubungkan secara seri terbalik, dapat meningkatkan akurasi dan keandalan tegangan penjepit. Ketika satu dioda rusak, dioda lainnya masih dapat memainkan peran penjepitan tertentu.
Sirkuit penjepit multi level: Dengan mengalirkan beberapa dioda, ia dapat mencapai penjepitan bertingkat dengan amplitudo tegangan lebih yang berbeda, meningkatkan kemampuan sirkuit untuk menahan tegangan lebih.
(3) Perhitungan parameter
Perhitungan tegangan klem: Untuk rangkaian klem dioda pengatur tegangan, tegangan klem sama dengan tegangan rusaknya dioda pengatur tegangan. Untuk rangkaian penjepit dioda biasa atau dioda Schottky, tegangan penjepit kira-kira merupakan tegangan konduksi maju dioda ditambah penurunan tegangan lainnya dalam rangkaian.
Perhitungan arus: Hitung arus yang mengalir melalui dioda ketika sedang berjalan berdasarkan amplitudo dan durasi tegangan lebih. Pada saat yang sama, perlu untuk mempertimbangkan arus beban dalam rangkaian untuk memastikan bahwa arus total dioda tidak melebihi arus pengenalnya.
Perhitungan daya: Hitung kehilangan daya dioda berdasarkan arus konduksi dan tegangan penjepit. Pilih dioda dengan kapasitas daya yang memadai untuk memastikan dioda tidak rusak akibat panas berlebih selama-pengoperasian jangka panjang.
3. Kemungkinan permasalahan dan solusi yang dihadapi selama proses desain
(1) Tegangan penjepit tidak stabil
Alasan masalah: Mungkin disebabkan oleh variabilitas parameter dioda yang besar, perubahan suhu, atau perubahan parameter komponen lain dalam rangkaian.
Solusi: Gunakan rangkaian kompensasi suhu untuk mengurangi dampak suhu pada tegangan penjepit; Pilih dioda dengan konsistensi parameter yang baik; Tambahkan sirkuit kontrol umpan balik di sirkuit untuk memantau dan menyesuaikan tegangan penjepit secara-waktu nyata.
(2) Dioda terlalu panas dan rusak
Alasan masalah: Biasanya disebabkan oleh arus atau daya dioda yang melebihi nilai pengenalnya, atau pembuangan panas yang buruk.
Solusi: Pilih model dan spesifikasi dioda secara wajar untuk memastikan arus dan kapasitas dayanya memenuhi persyaratan; Mengoptimalkan desain sirkuit untuk mengurangi arus dioda dan kehilangan daya; Tambahkan perangkat pembuangan panas seperti heat sink, kipas angin, dll. untuk meningkatkan kapasitas pembuangan panas dioda.
(3) Masalah interferensi elektromagnetik
Alasan terjadinya masalah: Dioda menghasilkan perubahan arus yang cepat selama momen konduksi dan cutoff, sehingga menimbulkan interferensi elektromagnetik.
Solusi: Hubungkan kapasitor atau induktor secara paralel melintasi dioda untuk membentuk rangkaian penyaringan yang menekan interferensi elektromagnetik; Gunakan tindakan pelindung untuk melindungi dioda dan sirkuit penjepit, sehingga mengurangi radiasi elektromagnetik.
4. Contoh Desain
Dengan mengambil contoh konverter DC-DC dalam sistem tenaga komunikasi, rancang rangkaian penjepit tegangan dioda untuk melindungi komponen sensitif pada ujung keluarannya. Dengan asumsi tegangan keluaran 5V, maka tegangan lebih harus dijepit di bawah 6V.
Pemilihan dioda: Pilih dioda pengatur tegangan dengan tegangan tembus 6V, arus pengenal 1A, dan kapasitas daya 1W.
Topologi rangkaian: Mengadopsi rangkaian penjepit dioda pengatur tegangan tunggal, dioda pengatur tegangan dihubungkan secara paralel terbalik antara terminal keluaran dan ground.
Verifikasi parameter: Melalui simulasi dan verifikasi eksperimental, dioda pengatur tegangan dapat bekerja secara normal dalam kondisi tegangan lebih, menjepit tegangan keluaran di bawah 6V, dan memastikan bahwa arus dan kehilangan daya dioda pengatur tegangan berada dalam kisaran pengenal.

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