亦敌亦友的「储存电荷」

2017-11-03 09:52:37 post by microhm

各类型二极体都会有一种称为“储存电荷”(storage charge)的特性,其效应是当二极体在正向传导模式(forward conduction mode)乘载电流时,会让电流发生并非立即出现的停止流动情况,其中各种关断状态值得探究。


储存电荷带来的基本效应,是二极体接面上出现反向电压时并不会立即关断,电流会在一段有限的时间内继续从相反方向流经接面。为了让说明更清楚,让我们以一个半波整流电路(半波整流电路)做为实例:在第一种情况下,我们有一个如你所想像的零储存电荷的理想二极体,完全没有反向电流,从下图可见到它的理想波形。

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当输入正弦波跨越零伏特时,二极体关断并未立即发生,而是有一段短暂但明显的反向传导时间;此外,输出波形到零的过程(步骤到零)非常快速,因此在激发频率的谐波是产生EMI的「沃土」,这可能非常难以控制与抑制。

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线路频率,短路电流脉冲真的会产生某种程度的严重的EMI与涟波(纹波)问题;举例来说,粗估一个速度相当缓慢的二极体1N4007,其标称恢复时间为30μSec。


激发频率是60GHz,半周期是1/120秒或是8.3333 mSec,反向电流传导角度会是180°乘以30μSec,再除以8.3333 mSec,结果为0.648°。如果施加120V RMS的激发能阶,以及0.648°的激发电压:120×sqrt(2)×sin(0.648°)= 1.92V,这样的结果足以驱动我们不想要的短路脉冲电流,如同上面“瞬间短路”那张图中显示的红色箭头。

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在这类应用中你会被告知需要使用快速恢复二极体,尽管其线路频率很低;因为那些脉冲事件会在每一个AC输入周期发生两次,是相当严重的问题透过采用快速恢复二极体,情况会像是下图所显示,那些不受欢迎的脉冲效应会弱得多。

储存电荷一直被视为「敌人」,但有时候如果我们想利用它,也是可以「化敌为友」;如果我们将激发频率从60赫兹或400Hz的的电源线数字提高到HF / VHF / UHF等无线电频率,并采用名为跃阶恢复二极体(step recovery diode)的元件。

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接下来我们看另外一种元件,高频二极体(PIN二极体);这种元件在激发频率够高时,储存电荷永远不会故意耗尽;我们可以利用PIN二极体动态阻抗会随着电流乘载水准之函数而变化的特性,该特性把PIN二极体当作可变射频/微波讯号衰减元件(RF /微波信号衰减器元件)来运用。


編譯:Judith Cheng

參考原文: Storage charge: an enemy and a friend,by John Dunn

(本文来源:EDN电子技术设计)


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