二極管正確使用方法

二極管是最基本的電路器件，硬件工程師經(jīng)常使用，但你未必能用對，未必能用好。 比如說大家都知道接口部分一般都需要ESD保護，其實TVS瞬變電壓抑制二級管用作ESD保護就極為講究，對于USB3.0, HDMI接口等高速器件，要特別關注TVS管上的結電容參數(shù)，一般根據(jù)信號速率選取幾個pf，如果電容值過大，電路將無法正常工作，但是對于一般的低速接口或者電源管腳，此時可以選擇寄生電容值大的TVS管，因為更便宜，控制BOM的成本也是硬件工程師的重要職責，數(shù)據(jù)手冊中結電容如下圖一所示。

實際的工程實際中，二極管常用于交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓電路中，也常常用來做穩(wěn)壓電路，限幅電路，續(xù)流電路，挑幾個常見且重要的電流來分析一下。

圖1 TVS管中結電容的參數(shù)情況

二極管的作用就如同是一個電流的單向門。當二極管的陽極相對于陰極為正電壓時，二極管允許電流通過，而當極性相反后，二極管不允許電流通過。

圖2 二極管符號及種類

1.二極管作用的類比水流模擬

課本中經(jīng)常將電壓比作水壓來模擬，同樣二極管的功能也可以類似水流來模擬。二極管相對電流就像是一個單向閥門，比如下圖的正向偏置時，只要偏置電壓超過閾值電壓，閥門就會打開，水流可以順利流下來;對于反向偏置時，閥門無法打開，沒有水流流過。

圖3 二極管的類比以及IV曲線

以上，右圖是二極管最為重要的IV曲線，基本上用到所有的二極管都需要重點開此圖，從上圖可以清楚看出，不管二極管的正向電流或者反向電壓都不能超過額定值，否則會損壞。

2.整流二極管

利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。

圖4 AC/DC轉(zhuǎn)換電路簡圖

3.續(xù)流二極管

在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起續(xù)流作用，這個功能非常實用。

在圖5中，開關A和開關B分別利用PFET和NFET開關實現(xiàn)，構成一個同步降壓調(diào)節(jié)器。“同步”一詞表示將一個FET用作低端開關。用肖特基二極管代替低端開關的降壓調(diào)節(jié)器稱為“異步”(或非同步)型。處理低功率時，同步降壓調(diào)節(jié)器更有效，因為 FET 的壓降低于肖特基二極管，主要由Rds(on)決定。然而，當電感電流達到0時，如果底部FET未釋放，同步轉(zhuǎn)換器的輕載效率會降低，而且額外的控制電路會提高IC的復雜性和成本。肖特基二極管可以用作續(xù)流二極管，肖特基的PN結比較特殊，這使它具有非常小的結電容，存儲電荷很少，因此這種結具有非?？斓拈_關速度，可以用于高速嵌位。肖特基二極管特長是：開關速度非?？?，反向恢復時間特別短。因此，能制作開關二極管低壓大電流整流二極管。

圖5 降壓穩(wěn)壓器BUCK電路中肖特基二極管的使用

圖6中，開關A和B已分別使用內(nèi)部NFET和外部肖特基二極管，從而形成異步升壓調(diào)節(jié)器。對于需要負載隔離和低關斷電流的低功耗應用，可添加外部FET。

圖6 升壓調(diào)節(jié)器BOOST電路中肖特基二極管的使用

順便提一下，整流MOS管開通，關斷所產(chǎn)生的紋波是主要噪聲源之一。開關管開通關斷都會有一個上升時間和下降時間，在電路中會引起同頻的噪聲。輸出回路的電感也會隨著充電放電產(chǎn)生一個噪聲，同時也會有漏感產(chǎn)生。而解決辦法就是：

用合適的濾波器濾除。

在MOS管外加肖特基二極管，反向恢復時間很短，可以降低損耗。

圖7 同步整流器BUCK電路的基本框圖