二極管的應(yīng)用場(chǎng)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(zhǎng)器件使用壽命，本節(jié)在上節(jié)基礎(chǔ)上簡(jiǎn)述各類二極管的使用場(chǎng)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(jiǎn)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(guò)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(jì)算穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗Ploss：

從這個(gè)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(duì)較小的負(fù)載電流，否則功耗增加過(guò)多，對(duì)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(duì)蓄電池充電時(shí)發(fā)生的情況，當(dāng)其它負(fù)載保持連接時(shí)，與蓄電池的連接突然斷開(kāi)。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(gè)TVS二極管，它箝位瞬態(tài)的電壓電平。但是電壓瞬變會(huì)導(dǎo)致高峰值電流通過(guò)交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻和二極管的動(dòng)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(lái)進(jìn)行反向電池保護(hù)。

二極管的浪涌電流能力是通過(guò)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(zhǎng)。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(shí)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(shí)未抑制的測(cè)試脈沖波形及參數(shù)

圖3-3：表征拋負(fù)載時(shí)受抑制的測(cè)試脈沖波形及參數(shù)

蓄電池?cái)嚅_(kāi)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(shí)，與電池的連接中斷時(shí)會(huì)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(cè)試脈沖對(duì)該場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試。

圖3-4：并聯(lián)感性負(fù)載場(chǎng)景

如圖3-5參數(shù)所示，對(duì)于12V系統(tǒng)，施加到二極管陽(yáng)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(jì)，即在脈沖的時(shí)間尺度上沿相反方向耗散的功率不超過(guò)二極管的指定雪崩能量。

另一個(gè)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(huì)增大，這可能會(huì)對(duì)敏感負(fù)載造成應(yīng)力。因此一些設(shè)計(jì)者使用恢復(fù)整流器而不是肖特基二極管來(lái)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(kāi)引起的瞬態(tài)的測(cè)試脈沖

2.或門

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

圖3-6：主電源和備用電池通過(guò)兩個(gè)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(gè)例子，在這種情況下，至少兩個(gè)電源連接到負(fù)載。有一個(gè)主電源和一個(gè)備用電池，如圖3-5所示，二極管用于將兩個(gè)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(jiǎn)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(duì)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(gè)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€(gè)電源不一定具有相同的電壓電平，這意味著其中一個(gè)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(huì)對(duì)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(duì)低的正向電壓降。
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