簡述各類二極管的使用場景和要點(diǎn)

引言：二極管的應(yīng)用場景和應(yīng)用方式非常多，巧妙地使用二極管可以極大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，延長器件使用壽命，本節(jié)在上節(jié)基礎(chǔ)上簡述各類二極管的使用場景和要點(diǎn)。

1.電源防反

在電源干線中串聯(lián)二極管是實(shí)現(xiàn)反向電池保護(hù)電路的最簡單和最經(jīng)濟(jì)的方式，如圖3-1所示。（傳送門：）

圖3-1：串聯(lián)二極管

通過考慮給定溫度下二極管的正向壓降Vf和負(fù)載電流Iload，可以容易地計算穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗Ploss：

從這個方程中可以明顯看出，用于反向極性保護(hù)的二極管僅適用于相對較小的負(fù)載電流，否則功耗增加過多，對系統(tǒng)的效率產(chǎn)生不利影響。因此在實(shí)踐中，二極管被用作負(fù)載電流約為2-3A的反極性保護(hù)，除了二極管在給定封裝中必須能夠耗散的功率之外，還必須考慮其它方面。

拋負(fù)載（Load dump）

拋負(fù)載描述的是交流發(fā)電機(jī)對蓄電池充電時發(fā)生的情況，當(dāng)其它負(fù)載保持連接時，與蓄電池的連接突然斷開。ISO-16750-2和ISO-7637-2（圖3-2和圖3-3）規(guī)定了12V和24V系統(tǒng)的汽車瞬態(tài)拋負(fù)載，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，浪涌瞬態(tài)可以持續(xù)400毫秒。通常反向保護(hù)二極管前面有一個TVS二極管，它箝位瞬態(tài)的電壓電平。但是電壓瞬變會導(dǎo)致高峰值電流通過交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻和二極管的動態(tài)電阻。因此有必要選擇具有高浪涌電流能力的二極管來進(jìn)行反向電池保護(hù)。

二極管的浪涌電流能力是通過IFSM參數(shù)規(guī)定的，該參數(shù)通常定義為脈寬在8ms范圍內(nèi)的矩形和正弦脈沖，而拋負(fù)載峰值電流可以持續(xù)400ms，甚至更長。反極性保護(hù)二極管的選擇必須根據(jù)具體情況決定，考慮脈沖持續(xù)時間、所選TVS二極管和交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻。

圖3-2：表征拋負(fù)載時未抑制的測試脈沖波形及參數(shù)

圖3-3：表征拋負(fù)載時受抑制的測試脈沖波形及參數(shù)

蓄電池斷開感性負(fù)載

ISO-7637-2還描述了當(dāng)感性負(fù)載與其它負(fù)載并聯(lián)時，與電池的連接中斷時會發(fā)生什么，感性負(fù)載將在負(fù)載兩端產(chǎn)生負(fù)電壓，根據(jù)圖3-4所示的測試脈沖對該場景進(jìn)行測試。

圖3-4：并聯(lián)感性負(fù)載場景

如圖3-5參數(shù)所示，對于12V系統(tǒng)，施加到二極管陽極的反向峰值電壓最高可達(dá)?100V。二極管必須以這樣的方式設(shè)計，即在脈沖的時間尺度上沿相反方向耗散的功率不超過二極管的指定雪崩能量。

另一個需要考慮的要點(diǎn)是二極管的漏電流，特別是在高環(huán)境溫度下，二極管泄漏電流會增大，這可能會對敏感負(fù)載造成應(yīng)力。因此一些設(shè)計者使用恢復(fù)整流器而不是肖特基二極管來控制泄漏電流。但是由于PN結(jié)的原因，恢復(fù)整流器具有高的正向電壓降，降低了反向極性保護(hù)電路的效率。而最新的SiGe二極管，這種新的混合技術(shù)產(chǎn)品結(jié)合了肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)和恢復(fù)整流器的低漏電流。

圖3-5：用于表征電池與感性負(fù)載斷開引起的瞬態(tài)的測試脈沖

2.或門

3-6是具有兩個電源的系統(tǒng)示意圖，通過電源冗余提高了安全性，主電源和備用電池通過兩個OR型二極管相互隔離。

圖3-6：主電源和備用電池通過兩個ORing二極管相互隔離

在必須滿足高安全要求的系統(tǒng)中，一般強(qiáng)制電源架構(gòu)需要有冗余，汽車的緊急呼叫系統(tǒng)就是一個例子，在這種情況下，至少兩個電源連接到負(fù)載。有一個主電源和一個備用電池，如圖3-5所示，二極管用于將兩個電源彼此隔離，與反極性保護(hù)的情況非常相似，二極管是電源冗余應(yīng)用的一種簡單且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。但是由于二極管中的功率損耗相對較高，二極管僅適用于小電流。為了保持這些損耗低，優(yōu)先選擇肖特基二極管，因?yàn)榕c具有PN結(jié)的二極管相比，它們具有更小的正向電壓降。

另一個要求是低反向泄漏電流，即使在高環(huán)境溫度下也是如此，因?yàn)閮蓚€電源不一定具有相同的電壓電平，這意味著其中一個二極管將反向偏置。然后二極管的泄漏電流回灌入備用電池，這可能會對電池造成損壞。在這里需要權(quán)衡二極管的IR（反向電流）和VF（正向壓降），如果在高環(huán)境溫度下需要非常低的反向漏電流，這里也可以使用SiGe二極管，因?yàn)楸M管其反向漏電流極低，但它們也有相對低的正向電壓降。