電路設(shè)計(jì)：二極管導(dǎo)通時(shí)間常見的故障

大多數(shù)電路設(shè)計(jì)人員都熟悉二極管動(dòng)態(tài)特性，如電荷存儲(chǔ)，電壓依賴性電容和反向恢復(fù)時(shí)間。不太常見的確認(rèn)和制造商指定的是二極管轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。該參數(shù)描述了二極管導(dǎo)通和鉗位其正向壓降所需的時(shí)間。從歷史上看，這個(gè)非常短的時(shí)間，單位為納秒，已經(jīng)非常小，以至于用戶和售賣者基本上忽略了它。它很少被討論，幾乎從未指定過。最近，開關(guān)穩(wěn)壓器的時(shí)鐘速率和轉(zhuǎn)換時(shí)間變得更快，使得二極管導(dǎo)通時(shí)間成為關(guān)鍵問題。提高時(shí)鐘頻率以實(shí)現(xiàn)更小的磁性尺寸;減少過渡時(shí)間有助于提高整體效率，但最初需要將IC熱量降低最小化。在時(shí)鐘速度超過約1MHz時(shí)，過渡時(shí)間損失是模具加熱的主要來源。

二極管導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)致的潛在困難是，即使限制在納秒以下，二極管上產(chǎn)生的短暫“過沖”電壓也會(huì)引起過壓應(yīng)力，導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓器IC出現(xiàn)故障。因此，仔細(xì)測試需要對特定應(yīng)用的特定二極管進(jìn)行鑒定以確?？煽啃浴Ｔ摐y試假設(shè)在最終應(yīng)用中圍繞元件和布局的低損耗，僅測量由于二極管寄生引起的導(dǎo)通過沖電壓。不正確的相關(guān)組件選擇和布局將有助于提供更多的應(yīng)力條件。

二極管開啟時(shí)間觀點(diǎn)

圖1顯示了典型的升壓和降壓電壓轉(zhuǎn)換器。在這兩種情況下，假設(shè)二極管鉗位將引腳電壓偏移切換到安全極限。在升壓情況下，該限制由開關(guān)引腳最大限度地降低正向電壓來定義。降壓外殼限制由開關(guān)引腳的最大允許反向電壓設(shè)置。

圖2表明二極管需要有限的時(shí)間長度來鉗位其正向電壓。該正向?qū)〞r(shí)間允許瞬時(shí)偏移超過標(biāo)稱二極管鉗位電壓，可能超過IC的擊穿極限。開啟時(shí)間通常以納秒為單位測量，使得觀察難以進(jìn)行。進(jìn)一步的復(fù)雜性是，導(dǎo)通過沖發(fā)生在脈沖波形的幅度極限處，從而妨礙了高分辨率幅度測量。在設(shè)計(jì)二極管導(dǎo)通測試方法時(shí)必須考慮這些因素。

圖3顯示了測試二極管開啟時(shí)間的概念方法。這里，測試在1A處進(jìn)行，可以使用另外的電流。脈沖通過5Ω電阻進(jìn)入被測二極管1A。在被測二極管處直接測量導(dǎo)通時(shí)間電壓偏移。該外觀看似簡單。特別是，當(dāng)前步驟必須具有異常快速的高保真度轉(zhuǎn)換，并且忠實(shí)的開啟時(shí)間確定需要實(shí)質(zhì)的測量帶寬。

詳細(xì)的測量方案

圖4中顯示了更詳細(xì)的測量方案。調(diào)出了各種元素的必要性能參數(shù)。亞納秒上升時(shí)間脈沖發(fā)生器，1A，2ns上升時(shí)間放大器和1GHz示波器。這些規(guī)范代表了現(xiàn)實(shí)的操作條件;可以通過改變適當(dāng)?shù)膮?shù)來選擇其他電流和上升時(shí)間。

脈沖放大器需要特別注意電路配置和布局。圖5顯示放大器包括并聯(lián)的達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)RF晶體管輸出級。集電極電壓調(diào)整（“上升時(shí)間”）峰值Q4至Q6 F T ;輸入RC網(wǎng)絡(luò)通過將輸入脈沖上升時(shí)間略微延遲到放大器通帶內(nèi)來優(yōu)化輸出脈沖純度。并聯(lián)允許Q4至Q6在有利的單個(gè)電流下工作，保持帶寬。當(dāng)（輕度交互式）邊緣純度和上升時(shí)間調(diào)整得到優(yōu)化時(shí)，圖6表明放大器產(chǎn)生超越干凈的2ns上升超時(shí)輸出脈沖，沒有振鈴，外來元件或后過渡偏移。這種性能使得二極管導(dǎo)通時(shí)間測試變得切實(shí)可行。 1

圖7描述了完整的二極管正向?qū)〞r(shí)間測量裝置。由亞納秒脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的脈沖放大器在測試中驅(qū)動(dòng)二極管。 Z0探頭監(jiān)測測量指針并輸入1GHz示波器。 2 ， 3 ， 4

二極管測試和解釋結(jié)果

測量測試夾具，正確配備和構(gòu)造，允許二極管開啟時(shí)間測試，具有出色的時(shí)間和幅度分辨率。 5 圖8至圖12顯示了來自不同制造商的五種不同二極管的結(jié)果。圖8 （二極管編號1）超過穩(wěn)態(tài)正向電壓3.6ns，峰值200mV。這是五個(gè)方面的最佳表現(xiàn)。圖9到圖12顯示了在圖中標(biāo)題中增加的開啟幅度和時(shí)間。在最壞的情況下，導(dǎo)通幅度超過標(biāo)稱鉗位電壓超過1V，而導(dǎo)通時(shí)間延長數(shù)十納秒。圖12最終導(dǎo)致這種不幸的游行，具有巨大的時(shí)間和幅度誤差。這種錯(cuò)誤的短途旅行可能會(huì)導(dǎo)致IC調(diào)節(jié)器故障和故障。教訓(xùn)很清楚。必須在任何給定的應(yīng)用中表征和測量二極管導(dǎo)通時(shí)間以確保可靠性。

注釋

1 在線性中出現(xiàn)備用脈沖生成方法技術(shù)應(yīng)用說明122 ，附錄F，“另一種方法?！?/p>

2 Z0探針在Linear Technology ApplicationNote 122 < / em>附錄C，“關(guān)于Z0探針?！绷硪妳⒖嘉墨I(xiàn)27至34。

3 亞納秒脈沖發(fā)生器的要求并非無足輕重。請參閱Linear Technology ApplicationNote 122 附錄B，“富裕與貧困的亞納秒上升時(shí)間脈沖發(fā)生器”。