用于监视器的新型阻尼二极管及调制二极管

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　　随著电视机及监视器水平偏转频率变得越来越高，需要动态参数优良的阻尼二极管（VFP低、trr小）。本文将介绍新系列的水平偏转电路的阻尼二极管及调制二极管，以及如何选择这些器件。水平偏转电路中阻尼二极管的主要参数为了明了阻尼二极管的主要参数，有必要回顾一下水平偏转电路基本电路的特性。图1是水平偏转基本电路（没有包含校正），图2是电源电流的波形以及电压的波形。在t = t0时，晶体管开始导通。偏转线圈中的电流，也就是晶体管中的电流为IT = IL = (V0/L)t，二极管两端的电压VT等於VCEsat。阻尼二极管截止。在t = t1时，晶体管由导通变成截止。这时电路成为一个L-C谐振电路。在二极管两端出现高电压（数值一般是1100V，所以需要用1500V的元件）。这时，电流从峰值IP变成-IP。在t = t２时，电压VT变成负的，阻尼二极管开始导通。二极管及偏转线圈中的电流可以表示为ID = IP - (V0/L)t。在t0 + T时，上述过程重新开始。　　对於阻尼二极管，要考虑：正向压降VF及导通功率损耗Pcond、正向电压的峰值VFP及由截止到导通的开关损耗Pon、泄漏电流及其引起的反向功率损耗、反向恢复时间trr及导通变截止的功率损耗Poff。 图1 简化了的水平偏转电路图 图2　水平偏转电路中电流和电压的波形　　正向压降VF及导通功率损耗Pcond可以用下式计算：Pcond = Vt0．δ．IP/2 + Rd．δ． IP2/3而VF(IF) = Vt0 + Rd IF，其中δ是占空比，IF是正向电流， Vt0是阈电压，Rd是正向电阻。以DTV1500M阻尼二极管为例，由使用说明书查得：Vt0 = 1.37 V、Rd = 0.047 Ω，以及IF = 4 A、δ = 0.45，於是得到Pcond = 1.35 W。　　正向电压的峰值VFP及由截止到导通的开关损耗Pon。在t = t２时，二极管由截止变成导通，在二极管上有电流流过，它两端的电压VFP很高（参见图3），切换过程会引起能量损耗Won。切换过程所损耗的能量可以用下式计算：Won = ∫0 tfr vidt二极管从截止变成导通的开关功率损耗可以由Pon = Won F得到。以二极管DTV1500M为例，由图3可以得到Won = 14μJ，以及Pon = 0.98 W（在频率为70 kHz时）。在开关频率很高时，由这个例子可以看到，Pon 就很大，VFP成为一个关健的参数。VFP的数值随著(dI/dt)ON而增大。在这种应用中，这个参数主要是取决於印制电路板的布置，通常低於100A/μs。 图3　阻尼二极管从截止到导通时的电流、电压以及切换过所损失的能量　　泄漏电流及其引起的反向功率损耗。新系列的阻尼二极管是用新的技术制造，它的泄漏电流很小；与其它因素所引起的功率损失相比，泄漏电流所引起反向功率损耗（Prev）可以忽略不计。　　反向恢复时间trr及导通变截止的功率损耗Poff。在t = t0时，二极管由导通变成截止。这时二极管上的电压很低（等於晶体管的饱和电压VCEsat），在阻尼二极管上消耗的功率Woff也很小（从t0至t1这段时间消耗的功率）。由於这时加在阻尼二极管上的电压很低，它有时间把反向恢复电荷全部清除掉。在一定频率下，如果trr过大，当晶体管在时刻t1变成导通时，阻尼二极管中就仍然会留有未清除掉的电荷。在这种情况下，反向恢复电荷是在高电压的情况下清除的，从而引起很大的切换能量损失（Woff）（见图2）。这个频率定义为临界频率FC。当开关频率低於临界频率FC时，Woff可以忽略，因为在时刻t0，阻尼二极管己经把所有的反向恢复电荷全部搬走了。在开关频率高於FC时，切换时消耗的能量会很快地增加，会导致温升过高。这个临界频率不仅取决於反向恢复时间，而且也与二极管的结点温度以及晶体管的饱和压降VCEsat有关。VCEsat越大，频率FC越高（二极管更快地清除这些电荷）。在设计偏转电路时，重要的一点是，应当保持Woff很小，使得结点温度在控制范围之内。这就是意法半导体之所以研制反向恢复时间短的器件的原因。图4总结了不同阶段的功率损耗如下：●Pon是与VFP及F成正比。●Pcond取决於VF（Vto、Rd），IP以及δ。●Prev可以忽略。●在F  FC时，Poff增加很快。● FC取决於trr、Tj（二极管工作时的结点温度）、VCEsat。 图4　在电路不同工作阶段的功率损耗DTV1500系列阻尼二极管在新型监视器的设计中，水平偏转的频率越来越高。在普通的15寸监视器中，水平偏转频率高於70 kHz，在高档监视器中，水平偏转频率甚至高於130 kHz。正是由於偏转频率升到这麽高，促使意法半导体研制新系列的阻尼二极管，对它们的参数作了优化（VFP低、trr小）。DTV1500系列阻尼二极管的trr很小，因而可以提高临界频率FC。由於这项新的技术，VFP可以降低，因而由截止到导通的切换损耗也就降低了。表1列出了四种不同的阻尼二极管：L、M、H及UH，以及它们的主要参数。这些器件都有采用TO-220AC、TO-220FPAC及ISOWATT220AC封装的产品。新系列阻尼二极管的型号的命名按以下进行：DTV及DMV：与过去的产品相同；1500代表Vr为1500 V。产品型号中後面的字母的含意是：L代表低频；M代表中频；H代表高频；UH代表超高频。VF max(6A, 125°C)(V)trr max(1A, 50A/&mICro;s30V, 25°C)(ns)VFP typ(6A, 80A/μs, 100°C)(V)VRM(V)DTV1500L1.5170281500DTV1500M1.65135211500DTV1500H1.7125181500DTV1500UH1.3125121500表1　DTV1500系列中各种阻尼二极管的主要参数　　对於14、15、17寸的监视器，阻尼二极管通常是与调制二极管一起工作，以便进行东-西校正（图5）。 图6　包含东-西校正时的水平偏转电路　　为了实现东-西校正，意法半导体提供二极管STTH306，为了同时实现调制与阻尼这两种功能，意法半导体提供DMV1500系列。DMV1500x器件有三种型号的产品：DMV1500L、DMV1500M以及DMV1500H。这三种器件分别用於低频、中频、高频的显示设备。阻尼二极管的电气参数分别与DTV1500L、DTV1500M及DTV1500H相同。调制二极管是600V的器件，它的动态参数经过优化（VFP低、trr小）。调制二极管的主要参数如下：t rrmax = 50 ns（在1 A、50A/μs、30V、25 ℃时）。VFMax = 1.4V（在3 A、125 ℃时）。VFPmax = 8 V（在3 A、80 A/μs、100 ℃时）。一般说来，监视器制造商在设计时应遵循以下几点：阻尼二极管和调制二极管的外壳温度必须低於100 ℃（在室温等於40 ℃时）。一个经常遇到问题是：在峰值电流IP高於使用说明书中所列出的平均电流（IF(AV)）时，是否可以使用阻尼二极管或者调制二极管？回答是：可以。唯一的限制是，IF(AV)的数值以及工作的结点温度。在外壳温度TCASE低於100 ℃时，IP高平均电流IF(AV)的情况下，一般是没有问题的。　　图6列出了尺寸不同的电视机及监视器使用的器件。对於低档电视机、高档电视机以及14寸、15寸监视器，通常选用中频的DTV1500M、DMV1500M、DTV1500L及DMV1500L（正在开发）、STTH306。对於17寸监视器，选用高频的DTV1500H、DMV1500H，或者中频器件DTV1500M和DMV1500M。对於19寸及大於19寸的监视器，选用超过频的DTV1500UH、高频器件DTV1500H或DMV1500H。 图6　不同尺寸的电视机或监视器使用的意法半导体阻尼二极管及调制二极管