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单片机中如何用二极管实现不同电压的输出？

judy — Mon, 11 Apr 2022 02:16:32 +0000

利用二极管的单向导电性可以设计出好玩、实用的电路。分享本文，分析限幅电路和钳位电路，是如何用二极管来实现的。

限幅电路

如下图所示，当在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二极管正向导通。此时，VOUT会被钳位在0.7V上。

而当VIN小于0.7V时二极管是截止状态，在负半周期时相当于电流反向，二极管也是截至状态，此时VOUT=VIN，VOUT波形跟随VIN变化。

限辐电路示意图

根据上面限辐电路的原理，可以设计如下双向限辐电路。

双向限辐电路示意图

然而有时候0.7V电压不能满足要求，那么，怎么产生不同大小的限幅电压？在电路中加入偏置电压VBIAS，只有当VIN大于等于VBIAS时二极管才能导通。此时VOUT被钳位，其值是0.7V+VBIAS，如下图所示。

偏压限幅电路示意图

钳位电路

下面是二极管结合电容实现的钳位电路。分析中不考虑二极管的导通压降，假设RC时间常数足够大，从而使输出波形不会失真。

钳位电路原理

当输入Vin在负半周期为负时，电流如下图中红色箭头所示。二极管导通，电容逐渐充电至V，在此过程中Vout=0。

当输入Vin在正半周为正时，电流如蓝色箭头所示。二极管截止，Vout等于电容上电压加上正半周电压V，此时Vout=2V。

钳位电路原理

偏压钳位电路

跟限幅电路类似的，为了获得所需要的钳位值，要在电路中加入偏置电压，如下图所示。

偏压钳位电路

当所加的偏压与二极管导通方向一致，钳位值会提高V1，Vout=2V+V1。

双向二极管钳位电路应用举例

在某些电路中会利用两个二极管的钳位作用进行保护，如下图所示，假设0.7V为D1和D2的导通电压。

Vin大于等于Vmax，D1导通，Vout会被钳位在Vmax

Vin小于等于Vmin时，Vout被钳位在Vmin

二极管钳位保护电路

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电阻可以串联，为何二极管不适合串联？

judy — Sat, 02 Apr 2022 07:35:19 +0000

我们你都知道，电阻可以用来串联，也可以用来并联。那么，二极管适合串联和并联吗？

一、二极管串联
二极管串联时，需要注意静态截止电压和动态截止电压的对称分布。

在静态时，由于串联各元件的截止漏电流具有不同的制造偏差，导致具有最小漏电流的元件承受了最大的电压，甚至达到擎住状态。但只要元件具有足够的擎住稳定性，则无必要在线路中采用均压电阻。只有当截止电压大于1200V的元件串联时，一般来说才有必要外加一个并联电阻。

假设截止漏电流不随电压变化，同时忽略电阻的误差，则对于n个具有给定截止电压VR的二极管的串联电路，我们可以得到一个简化的计算电阻的公式：

以上Vm是串联电路中电压的最大值，△Ir是二极管漏电流的最大偏差，条件是运行温度为最大值。我们可以做一个安全的假设：

上式中，Irm是由制造商所给定的。利用以上估计，电阻中的电流大约是二极管漏电流的六倍。

经验表明，当流经电阻的电流约为最大截止电压下二极管漏电流的三倍时，该电阻值便是足够的。但即使在此条件下，电阻中仍会出现可观的损耗。

原则上，动态的电压分布不同于静态的电压分布。如果一个二极管pn结的载流子小时得比另外一个要快，那么它也就更早地承受电压。

如果忽略电容的偏差，那么在n个给定截止电压值Vr的二极管相串联时，我们可以采用一个简化的计算并联电容的方法：

以上△QRR是二极管存储电量的最大偏差。我们可以做一个充分安全的假设：

条件是所有的二极管均出自同一个制造批号。△QRR由半导体制造商所给出。除了续流二极管关断时出现的存储电量之外，在电容中存储的电量也同样需要由正在开通的IGBT来接替。根据上述设计公式，我们发现总的存储电量值可能会达到单个二极管的存储电量的两倍。

一般来说，续流二极管的串联电流并不多见，原因还在于存在下列附件的损耗源：

1、pn结的n重扩散电压;

2、并联电阻中的损耗；

3，需要由IGBT接替的附加存储电量；

4、由RC电路而导致的元件的增加。

所以在高截止电压的二极管可以被采用时，一般不采用串联方案。

唯一的例外是当应用电路要求很短的开关时间和很低的存储电量时，这两点正好是地奈亚二极管所具备的。当然此时系统的通态损耗也会大大增加。

二、二极管并联
二极管并联，并不需要附加的RC缓冲电路。重要的是在并联时通态电压的偏差应尽可能小。

判断一个二极管是否适合并联的重要参数是其通态电压对温度的依赖性。如果通态电压随温度的增加而下降，则它具有负的温度系数。对于损耗来说，这是一个优点。

如果通态电压随温度的增加而增加，则温度系数为正。

在典型的并联应用中，这是一个优点，其原因在于，较热的二极管将承受较低电流，从而导致系统的稳定。因为二极管总是存在一定的制造偏差，所以在二极管并联时，一个较大的负温度系数（＞2mV/K）则有可能产生温升失衡的危险。

并联的二极管会产生热耦合：
1.在多个芯片并联的模块中通过基片；
2.在多个模块并联于一块散热片时通过散热器。

一般对于较弱的负温度系数来说，这类热偶合足以避免具有最低通态电压的二极管走向温度失衡。但对于负温度系数值＞2mM/K的二极管，我们则建议降额使用，即总的额定电流应当小于各二极管额定电流的总和。

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ROHM扩大小型PMDE封装二极管产品阵容

judy — Fri, 01 Apr 2022 05:55:55 +0000

全球知半导体制造商ROHM（总部位于日本京都）为满足车载设备、工业设备和消费电子设备等各种应用中保护电路和开关电路小型化需求，推出了PMDE封装（2.5mm×1.3mm）产品，此次，又在产品阵容中新增14款机型。

从车载设备到工业设备和消费电子设备的广泛应用中，二极管被广泛用于电路整流、保护和开关用途，为了削减安装面积，要求减小二极管的封装尺寸。此外，在这些应用中，还需要使用更高性能的二极管来降低功耗。而另一方面，当减小二极管的封装尺寸时，背面电极和模塑表面积也会减小，从而会导致散热性变差。对此，ROHM的PMDE封装通过扩大背面电极和改善散热路径，提高了散热性能。封装小型化的同时，实现与传统封装同等的电气特性。

PMDE封装是ROHM自有的小型封装，具有与普通SOD-323封装相同的焊盘图案。通过改善背面电极和散热路径，用更小的封装尺寸实现了与普通SOD-123FL封装（3.5mm×1.6mm）同等的电气特性（电流、耐压等），并且使安装面积减少约42%，有助于电路板的小型化。此外，安装强度约为SOD-123FL封装的1.4倍，降低了电路板承受应力时产生裂纹（产品龟裂）的风险，因此安装可靠性更高。

此次，PMDE封装产品中，RBxx8系列肖特基势垒二极管（以下简称“SBD”）新增了10款、RFN系列快恢复二极管（以下简称“FRD”）新增了2款、VS系列瞬态电压抑制二极管（以下简称“TVS”）新增了2款机型。电路中的很多用途均可通过小尺寸二极管来实现。

所有新产品从2022年1月起均已投入量产（样品价格：50日元～/个，不含税），样品可通过Ameya360、Sekorm、RightIC、Oneyac等电商平台购买。

今后，ROHM将继续努力提高从低耐压到高耐压半导体元器件的品质，并继续加强别具特色的产品阵容，为应用产品进一步实现小型化和更低功耗贡献力量。

＜PMDE封装的特点＞

1.　以小型封装实现与传统封装同等的性能

通常，半导体元器件将通电时产生的热量散发到空气中或电路板上。但是，当减小封装尺寸时，背面电极和模塑表面积也会随之减小，从而使散热性变差。

对此，PMDE封装通过扩大背面电极面积，同时改善了散热路径，将经由引线框架散热改为直接散发到电路板上。这使散热性能大幅提升，以更小的尺寸（2.5mm×1.3mm）即可实现与普通SOD-123FL封装（3.5mm×1.6mm）同等的电气特性，从而可减少约42%的安装面积，非常适合元器件安装密度不断提高的车载应用。

2.　确保比传统封装更高的可靠性

PMDE封装通过扩大其背面电极面积，增加了金属部分所占的面积，从而实现了34.8N的贴装强度，约为SOD-123FL封装的1.4倍。该优势降低了电路板承受应力时产生裂纹（产品龟裂）的风险，有助于提高可靠性。此外，通过采用将芯片直接夹在框架之间的无线结构，还实现了出色的抗浪涌电流能力（I_FSM）。即使在汽车引擎启动和家电运行异常等突发大电流状况下，也不易损坏，高可靠性得到保证。

＜PMDE封装产品概述＞

PMDE封装用更小的尺寸实现了与SOD-123FL封装同等的电气特性，并可确保优于SOD-123FL封装的散热性能和安装可靠性。此外，支持车载应用的机型均符合vwin网站产品可靠性标准“AEC-Q101”*¹。下面介绍采用了PMDE封装的特色产品阵容。（SBD：仅RBR系列从2021年6月开始量产。）

1.　SBD： RBxx8系列的特点（新产品）

SBD是具有低V_F（正向电压）*²和高效率特点的二极管。此次，具有超低I_R（反向电流）*³特性、在高温环境下也能稳定运行的RBxx8系列中，又新增了10款耐压为30V～150V的PMDE封装产品。

・RBxx8系列的产品阵容表

2.　SBD： RBR系列的特点（2021年8月发布）

RBR系列既确保了效率提升的关键要素——低V_F特性，又保持了此消彼长的低I_R（反向电流）特性，是在两个要素之间取得良好平衡的系列产品，已于2020年6月开始量产。该系列的产品阵容中已有6款PMDE封装的机型。

・RBR系列（PMDE封装）的产品阵容表

3.FRD： RFN系列的特点（新产品）　

FRD是具有与整流二极管同等的高耐压（～800V）性能、在高频工作时很重要的参数——trr*⁴（反向恢复时间）表现出色的二极管。RFN系列用小型PMDE封装实现了与以往产品同等的电气特性。

・RFN系列（PMDE封装）的产品阵容表

4.TVS： VS系列的特点（新产品）

TVS是用来吸收引擎启动或故障等情况下产生的突发电压（浪涌*⁵）并使其降至一定电压的二极管。VS系列支持范围宽达5V～130V的各种截止电压（V_RWM）。（在5V～130V之间，分32档设置各截止电压）

・VS系列（PMDE封装）的产品阵容表

＜应用示例＞

＜术语解说＞

*1） vwin网站产品可靠性标准AEC-Q101

AEC是Automotive Electronics Council的缩写，是大型汽车制造商和大型电子元器件制造商联手制定的针对vwin网站元器件的可靠性标准。Q101是有关分立半导体元器件（晶体管、二极管等）的标准。

*2）正向电压： V_F（Forward Voltage）

当电流沿从＋到－的方向流动时产生的压降。该值越低，效率越高。

*3）反向电流： I_R（Reverse Current）

施加反向电压时产生的反向电流。该值越低，功耗（反向功耗）越小。

*4）反向恢复时间：trr（reverse recovery time）

在进行开关时，二极管从导通状态到完全关断状态所需的时间。该值越低，开关时的损耗越小。

*5）浪涌

突发的大电压或大电流。在不同的应用中，会因静电、雷击、引擎启动时的波动等因素而造成浪涌，在设计电路时，必须配备即使在这些情况下也不会发生故障的保护电路。

【关于罗姆（ROHM）】

罗姆（ROHM）成立于1958年，由起初的主要产品-电阻器的生产开始，历经半个多世纪的发展，已成为世界知名的半导体厂商。罗姆的企业理念是：“我们始终将产品质量放在第一位。无论遇到多大的困难，都将为国内外用户源源不断地提供大量优质产品，并为文化的进步与提高作出贡献”。

罗姆的生产、销售、研发网络分布于世界各地。产品涉及多个领域，其中包括IC、分立式元器件、光学元器件、无源元器件、功率元器件、模块等。在世界电子行业中，罗姆的众多高品质产品得到了市场的许可和赞许，成为系统IC和先进半导体技术方面的主导企业。

【关于罗姆（ROHM）在中国的业务发展】

销售网点：起初于1974年成立了罗姆半导体香港有限公司。在1999年成立了罗姆半导体（上海）有限公司， 2006年成立了罗姆半导体（深圳）有限公司，2018年成立了罗姆半导体（北京）有限公司。为了迅速且准确应对不断扩大的中国市场的要求，罗姆在中国构建了与总部同样的集开发、销售、制造于一体的垂直整合体制。作为罗姆的特色，积极开展“密切贴近客户”的销售活动，力求向客户提供周到的服务。目前在中国共设有20处销售网点，其中包括香港、上海、深圳、北京这4家销售公司以及其16家分公司（分公司：大连、天津、青岛、南京、合肥、苏州、杭州、宁波、西安、武汉、东莞、广州、厦门、珠海、重庆、福州）。并且，正在逐步扩大分销网络。

技术中心：在上海和深圳设有技术中心和QA中心，在北京设有华北技术中心，提供技术和品质支持。技术中心配备精通各类市场的开发和设计支持人员，可以从软件到硬件以综合解决方案的形式，针对客户需求进行技术提案。并且，当产品发生不良情况时，QA中心会在24小时以内对申诉做出答复。

生产基地：1993年在天津（罗姆半导体（中国）有限公司）和大连（罗姆电子大连有限公司）分别建立了生产工厂。在天津进行二极管、LED、激光二极管、LED显示器和光学传感器的生产，在大连进行电源模块、热敏打印头、接触式图像传感器、光学传感器的生产，作为罗姆的主力生产基地，源源不断地向中国国内外提供高品质产品。

社会贡献：罗姆还致力于与国内外众多研究机关和企业加强合作，积极推进产学研联合的研发活动。2006年与清华大学签订了产学联合框架协议，积极地展开关于电子元器件先进技术开发的产学联合。2008年，在清华大学内捐资建设“清华-罗姆电子工程馆”，并已于2011年4月竣工。2012年，在清华大学设立了“清华-罗姆联合研究中心”，从事光学元器件、通信广播、生物芯片、SiC功率器件应用、非挥发处理器芯片、传感器和传感器网络技术（结构设施健康监测）、人工智能（机器健康检测）等联合研究项目。除清华大学之外，罗姆还与国内多家知名高校进行产学合作，不断结出丰硕成果。

罗姆将以长年不断积累起来的技术力量和高品质以及可靠性为基础，通过集开发、生产、销售为一体的扎实的技术支持、客户服务体制，与客户构筑坚实的合作关系，作为扎根中国的企业，为提高客户产品实力、客户业务发展以及中国的节能环保事业做出积极贡献。

二极管

你会巧妙利用二极管中的“存储电荷”吗？

judy — Fri, 14 Jan 2022 03:02:26 +0000

作者：John Dunn

二极管的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」...

各类型二极管都会有一种称为「储存电荷」(storage charge)的特性，其效应是当二极管在正向传导模式(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，是二极管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(half-wave rectifier circuit)做为实例：在第一种情况下，我们有一个如你所想象零储存电荷的理想二极管，完全没有反向电流，从下图可见到它的理想波形。

理想的二极管半波整流

到目前为止看来都很好…那么如果二极管里出现储存电荷会发生什么事？

缓慢恢复的二极管半波整流

在上图的例子中，当输入正弦波跨越零伏特时，二极管关断并未立即发生，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(steps-to-zero)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。

而如果我们暂时不谈全波整流器，还是可以看到那些反向二极管电流脉冲，那些脉冲也可能导致在激发源周遭发生脉冲性短路，如下图。

瞬间短路

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

缓慢的二极管恢复时间

如果激发频率是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。

在这类应用中你会被告知需要使用快速恢复二极管，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管，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。

快速恢复二极管半波整流

到目前为止，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60Hz或400Hz的电源线数字提高到HF/VHF/UHF等调频，并采用名为跃阶恢复二极管(step recovery diode)的组件，我们就能得到如下图的整流情况：

跃阶恢复二极管半波整流

在这里可以看到，二极管的储存电荷在一个故意拉长的激励波形周期部份中维持反向电流，达到理想的270°；就像是我们之前观察到的缓慢恢复二极管会产生不需要的激发频率谐波，跃阶恢复二极管会产生我们需要的激发频率谐波，让我们能制作如下图的倍频电路(frequency multiplier)。

跃阶恢复二极管倍频电路

想象100MHz的输入会取得300MHz的输出，非常漂亮！
而接下来我们看另外一种组件，高频二极管(PIN二极管)；这种组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二极管动态阻抗会随着电流乘载水平之函数而变化的特性，该特性把PIN二极管当作可变RF/微波讯号衰减组件(RF/microwave signal attenuator element)来运用，如下图。

PIN二极管讯号衰减组件

到底是什么决定了二极管的最高工作频率？

judy — Mon, 10 Jan 2022 08:48:27 +0000

作者：炼成之路，文章来源：硬件工程师炼成之路

硬件工程师，应该都用过二极管的吧，不过也许有一个误区，大多数人可能并不知道，或者说是理解有问题，下面就来细细说下。

一个问题

先提一个问题：到底是什么决定了二极管的最高工作频率？

估计有不少人会回答是二极管反向恢复时间Trr，也有人会说是二极管结电容，那到底谁是对的呢？或者说都一样，反向恢复时间由结电容决定？

到底什么决定了二极管的最高工作频率，我们暂且不论，不过需要知道的是，二极管的反向恢复时间和结电容根本就是两回事，反向恢复时间绝不能等同于结电容的充放电时间。

为什么我这么说呢？先来看下面事实。

简易基础

为了照顾下成绩不好的同学，我先简单说下什么是结电容，什么是二极管的反向恢复时间，已经知道的同学可以跳到后面去。

结电容

二极管会存在寄生电容，这个电容主要就是结电容，这是简单的二极管模型。

反向恢复时间

实际应用中的二极管，在电压突然反向时，二极管电流并不是很快减小到0，而是会有比较大的反向电流存在，这个反向电流降低到最大值的0.1倍所需的时间，就是反向恢复时间。

这两个参数先这么介绍吧，比较粗糙，真要说清楚都是怎么来的，这几行字是远远不够的。

我们继续本文重点，为什么说反向恢复时间绝不能等同于结电容的充放电时间。

事实情况

一般厂家的二极管会给出结电容和反向恢复时间Trr的参数，我们现在来对比一下4种不同类型的二极管参数。

分别为肖特基二极管，超快恢复二极管，快恢复二极管，普通二极管。

为了让结果更有说服力，我们保证4种二极管的生产厂家，耐压，封装，最大工作电流一致。这里选择厂家为DIODE美台半导体（随便选的，它们家的规格书好找），最大反向耐压都为100V，封装都是SMA，最大工作电流为1A。

型号分别是：

肖特基二极管：B1100-13-F

超快恢复二极管：US1B-13-F

快恢复二极管：RS1B-13-F

普通二极管：S1B-13-F

这几个二极管的规格书都很容易找到，我也放到了网盘，可以在我的微信公众号后台回复“器件”，就可以下载了。

这几个二极管参数截图如下

我整理了一下，参数如下表：

对的，你没看错，肖特基二极管的结电容是这里面最大的。肖特基二极管的工作频率不是最高的吗？怎么结电容反而是最大的？

虽然规格书手册中，没有列出来肖特基二极管的反向恢复时间，但是我们应该都知道，它的反向恢复时间是最小的。

严格来说，肖特基二极管本身的工作原理与PN结二极管是不一样的，它是不存在反向恢复时间的。只是毕竟有寄生电容的存在，所以工作频率也有一个上限。具体肖特基二极管的工作原理后面可以找机会说说。

我们知道，这几种二极管的最高工作频率顺序是下面这样的

而现在我们知道，它们的结电容，肖特基是最大的，为80pF。其它三个二极管差不多，为10pF-20pF，但是反向恢复时间相互之间差了一个数量级。

另外，我们假设反向恢复时间就是结电容的充电时间，我们可以计算下充满结电容需要的时间是多长。

以快恢复二极管RS1B-13F为例，其结电容是15pF，反向恢复电流如下图（规格书中提取的）。平均反向电流大概是0.5A，那么将15pF从0V充到-50V的时间很容易计算出来，是1.5ns，这比实际的反向恢复时间150ns短很多。

所以可以肯定的是，反向恢复时间的长短，不是由PN结电容决定的。

问题答案

那回到最初的问题，二极管的最高工作频率由什么参数决定呢？

其实很容易想到：

1、如果结电容太大，工作频率高不了。因为频率越高，电容的阻抗越低，信号都从电容直接过去了，二极管失去了反向截止的作用。

2、如果反向恢复时间太大，工作频率也高不了。因为频率越高，电压翻转越快，反偏之后反向电流还没恢复，电压又变了，二极管也失去了反向截止的作用。

所以，总的来说，结电容和反向恢复时间，都会影响二极管的最高工作频率。具体由谁决定，那看谁的影响更大。

肖特基二极管的反向恢复时间很短，所以其工作频率由结电容决定。

PN结二极管，其反向恢复时间的影响远大于结电容的影响，结电容一般也就几十pF，因此其最高工作频率由反向恢复时间决定。

而与此同时，我们知道，肖特基二极管与PN结二极管相比，肖特基速度是最快的，可以工作在更高的频率。

结尾

文章说明了一个事实，反向恢复时间并不是结电容的充放电时间。

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二极管

在单个封装中提供完整的有源功率因数校正解决方案

judy — Fri, 07 Jan 2022 06:24:12 +0000

作者：Edward Ong，Power Integrations 高级产品营销经理

电源设计者如今面临两个主要问题：消除有害的输入谐波电流和确保功率因数尽可能地接近于1。有害的谐波电流会导致传输设备过热，并带来后续必须解决的干扰难题；这两者也会对电路的尺寸和/或效率产生不利影响。如果施加在线路上的负载不是纯电阻性的，输入电压和电流波形之间将产生相移，从而增加视在功率并降低传输效率。如果非线性负载使输入电流波形失真，则会引起电流谐波，从而进一步降低传输效率并将干扰引入市电电网。

如果要解决这些问题，需要了解功率变换的基本原理。电源当中通常将来自墙上插座的交流电压连接至整流电路，整流管将交流电压转换为固定极性的交流信号且其峰值电压等效于一个固定的VDC电压。该信号被馈入一个大电容，构成一个滤波器，可以平滑电压波形中的纹波。新产生的DC信号被馈送到电源的DC/DC变换器级，以实现最终输出所需的低压DC。

如果我们回到原来的整流级看波形，输入交流电压是一个传统的正负极交替的对称正弦波。然而，输入电流表现为一系列尖峰，随着输入电压的升高而增大。这是因为二极管导通（因此电流流动）只会在大电容充电时发生，此时VAC输入电压超过存储在电容上的DC电压。当VAC低于存储的电容电压时，存储在大电容上的电荷将支持电源的输出。在此期间，能量从电容转移到负载，这会导致电容电压下降。一旦AC电压再次超过储能电容上的（现在较低的）电压，电容就会重新充电。这种短的充电窗口意味着输入电流以三角形脉冲而不是正弦波的形式提供。

图1：整流级的输入电流表现为一系列包含大量谐波成分的尖峰信号，这会污染AC线路

这种尖峰电流波形由一系列工频谐波组成。谐波含量受到为保护配电网络而制定的各种国家和国际法规的限制。图1所示电路的功率因数往往非常低，约为0.5，与理想的1相去甚远。

这个问题可以通过几种不同的方式来解决。最简单的方法是添加一个电感来抵消电路的电容分量 - 这种技术称为无源功率因数校正。然而，无源功率校正的作用有限。在具有高功率输出的应用中，所需电感的物理尺寸使其不切实际。在这种情况下，通常使用有源PFC电路来使电路的功率因数更接近于1，而不会对电路的尺寸产生负面影响。有源功率因数校正由PFC二极管、电感和MOSFET组成。MOSFET用作高频开关，由执行功率因数校正算法的控制器驱动。

开关电路强制输入电流跟随整流后的VAC输入，并再次变为适当的正弦波。理想情况下，正弦波具有低失真，以消除可污染AC线路的谐波电流。由于电压和电流波形同相，功率因数也上升到接近理想值1。

图2：具有有源功率因数校正功能的整流级将输入电流变为正弦波

实现有源PFC电路的一个简单方法是使用Power Integrations的HiperPFS-4解决方案（见图3）。HiperPFS-4器件包括一个超低反向恢复电荷二极管，通过最大限度地减少二极管的转换损耗来实现高效率。它还具有可降低导通损耗的低RDS(ON)MOSFET和集成了许多安全功能的高级连续导通模式控制器。

图3：Power Integrations的HiperPFS-4

HiperPFS-4器件同时集成了功率因数校正二极管、MOSFET和控制器，这种高集成度有助于缩短开发时间并加快上市速度。将关键元件集成在一个封装内的另一个优势是最大限度地减少连线中的寄生电感。电路电感的降低有助于降低PFC二极管两端的电压应力和MOSFET的峰值漏源极电压，从而提高电路的可靠性。此外，所使用的二极管具有软恢复特性，可减少振铃，从而降低EMI。将二极管和MOSFET集成在一个封装内可显著减小环路大小，进一步降低EMI。

图4：HiperPFS-4器件在同一个封装内集成了用于有源功率因数校正的关键元件，以最大限度地减少连线中的寄生电感，从而降低功率开关上的di/dt感应电压应力

总结

有源功率因数校正是减少有害的输入谐波电流和提高功率因数的最佳方法。Power Integrations开发了HiperPFS-4解决方案，将有源功率因数校正所需的关键元件集成到同一个封装内。这种方案可大幅减少输入电流谐波并提高功率因数，同时解决了在传统电路设计常见的许多布局问题，例如降低电压应力、EMI和寄生损耗。

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电子学中的百科书-二极管的诞生计

judy — Wed, 05 Jan 2022 03:21:02 +0000

作者：王世昌，凡亿PCB微信公众号

前几篇文章我们讨论了关于，基本半导体和本征半导体的关系以及将本征半导体中掺入，不同的杂质，会出现不一样的物理现象。但仅仅这样好像对电路进步没有太大的作用。如果将这两个杂质半导进行结合呢？

如图所示：我们将P型半导体与N型半导体进行结合

中间的就是我们的PN结，首先两个半导体结合后，白色的圈圈代表空穴，而红色的代表电子。那么也就是说多数载流子为空穴和多数载流子为电子的两个半导体进行结合。结合以后就没有动静了吗？答案是不可能。

当我们的多数载流子空穴，向少量空穴的半导体移动时，也就是P型半导体的空穴向N型半导体进行移动的时候，会产生一个电流。这个电流叫做扩散电流即为（IF）其实这个扩散电流可以是电子流或空穴流。一般情况我们认为为空穴流。

但是电子流与空穴流的方向相反，但是空穴流的方向为我们的电流方向，也就是由负到正。这是我们第一次将基本物理概念中，由正向负流的的电流概念打破。

好了，我们已经将两个半导体充分进行结合，其中中间会产生一个物理现象，就是我们一开始说的PN结，当两个半导体结合后，N型半导体会向P型半导体扩散流入电子与P型半导体的空穴进行结合，继而相互吸引，就会在PN半导体截面处形成一个正离子，但是如果一直结合下去就会产生空乏区。这是由于P型半导体向N型半导扩散而形成的。

如图所示：

那么当N型半导体向P型半导体进行流入呢？即叫做漂移电流，也就是所说的负离子。

其中漂移电流为少数载流子向多数载流子移动的逆向饱和电流，记做（IS）

如图所示：

那么现在我们以及通过半导体技术将，二极管制作出来，但是我们需要在外边给其做一件衣服，所以我们常见的二极管封装为：

其中有标记的一侧为阴极，即为N型半导体，没有标记的为阳极，即为P型半导体。

其电路符号如图所示：

好了，关于二极管的诞生就介绍到这里，但是现在的二极管由于其PN结限制，会产生一个门槛，那么这个门槛是什么，如何去掉这个门槛。对于这个门槛我们有需要怎么样呢？请看下篇：收贿赂的电子元件-二极管。

二极管