无电流时二极管压降问题

博客围绕二极管压降及万用表测量对ADC采样的影响展开。以芯片参考电路为例,分析二极管无电流时的压降情况,通过万用表测量发现测量前后AD采样结果有差别,原因是万用表输入阻抗不够高,提醒设计电路时要关注二极管电流及万用表使用。

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没有电流流过二极管的话就不会产生压降,这时候二极管两端电位相同,例如(芯片的参考电路):

上面的电路中芯片的输出信号(测试信号为2.5V)通过电阻R14(实际焊接10K)和R17压降分压之后通过二极管D17接入处理器的ADC引脚,假设ADC输入为无穷大,那么二极管没有电流流过,这时候二极管两端有压降么?使用万用表测量二极管的CATHNOD端发现电压为1.1V左右,而ANODE端为1.25V,说明有压降,但是将AD采样结果打印出来,发现万用表测量的时候AD采样结果会有影响,没有测量的时候AD值为1558左右,对应大约1.255V,大约是芯片输出电压的一半。而开始测量的时候AD值为1375左右,对应1.108V左右,万用表测量结果为1.105V,说明电压的确是1.1V左右,为什么测量前和测量后有差别呢?

因为万用表的输入阻抗不够高,万用表针接入到测量点的时候有电流通过二极管流入到万用表中,这时候就会在二极管上产生压降。所以设计电路的时候注意二极管不一定有压降,要看有没有电流流过二极管,并且模数转换电路使用万用表要注意,一点点影响就会改变结果。

<think>嗯,用户要求设计一个大电流、低压降的MOS管二极管电路。这个问题涉及电力电子和电路设计的关键技术,需要从拓扑结构、器件选型和驱动控制三个维度来构建方案。 用户特别强调"大电流"和"低压降"两个核心指标,这提示我们需要重点考虑导通损耗问题。传统二极管方案在百安培级电流下可能产生1V以上的压降,意味着上百瓦的功率损耗,而MOS管方案可以把压降控制在毫伏级。参考引用文献[1]提到MOS管方案的低导通压降优势,引用[2]则指出体二极管导通的特殊现象,这些都是设计需要注意的关键点。 从技术实现看,同步整流拓扑是最佳选择。这里需要解释清楚:虽然用户说"二极管电路",但实际要实现低压降必须采用有源开关替代被动器件。方案中会使用N沟道MOS管,因为其导通电阻特性优于P沟道。不过这里有个矛盾点——引用[2]提到体二极管在截止状态会产生0.6-1V压降,这正是需要规避的,所以必须设计快速切换的驱动电路。 器件选型方面,引用[3]给出了明确原则:根据Vds和Id选择。以100A电流为例,需要选择Id超过150A的器件,同考虑降额系数。特别要注意Rds(on)的温度系数,大电流下结温升高可能导致实际电阻翻倍。这里准备推荐英飞凌的OptiMOS系列,其40V/150A器件的Rds(on)仅1.8mΩ,意味着100A电流压降仅180mV。 驱动电路设计最为关键。比较器方案虽然简单,但响应速度可能不足。考虑采用专用驱动芯片如LM5050,它集成电荷泵可以解决高端驱动问题,同具备ns级响应速度。需要特别注意米勒平台效应——在大dV/dt工况下可能引起误开通,这可以通过增加栅极电阻和负压关断来解决。 保护功能设计也不能忽视。计划在方案中加入电流检测电阻和比较器实现过流保护,利用MOS管自带的雪崩耐量应对反压冲击。PCB布局方面则要强调低感回路设计,特别是栅极驱动路径需要最短化。 最后生成的扩展问题都围绕实际工程痛点:散热设计关系到长期可靠性,并联方案针对更大电流需求,而防反接应用则是典型使用场景。这些延伸问题将帮助用户建立完整的知识链条。</think>以下是基于MOS管的大电流压降二极管电路设计方案,结合技术要点和实施步骤: --- ### **一、核心电路拓扑:同步整流架构** ```circuit +------[MOS]------+ 输入Vin---| (Drain) |---输出Vout | (Source) | +-----[驱动电路]---+ 控制端 ``` > 采用**N沟道MOS管背靠背连接**(源极相对)消除体二极管影响[^2] --- ### **二、关键设计要素** 1. **MOS管选型准则**(参考[^3]): - **导通电阻($R_{DS(on)}$)**: <1mΩ(如英飞凌IPP015N04N,$R_{DS(on)}$=0.87mΩ@100A) - **电流容量($I_D$)**: 实际电流的1.5倍以上(100A应用选150A级) - **电压等级($V_{DS}$)**: 输入电压的2倍(12V系统选30V) - **封装散热**: TO-247/TO-264等带散热基板封装 2. **驱动电路设计**: ```circuit Vin─┬─[R1]─┬─[比较器+] 比较器输出─[电荷泵]─[栅极驱动]─G │ │ │ [R2] [R3]─┬─[比较器-] │ │ GND [参考电压] ``` - **控制逻辑**:当$V_{IN} > V_{OUT}$导通MOS,否则关断 - **响应速度**:选用高速比较器(如LMV7219,传播延迟<20ns) - **电荷泵电路**:为高端驱动提供$V_{GS} > 10V$的驱动电压 3. **压降计算模型**: $$V_{drop} = I_{load} \times R_{DS(on)} + \Delta V_{driver}$$ - 典型值:100A电流下$V_{drop} < 100mV$(传统二极管方案约700mV) --- ### **三、优化措施** 1. **并联扩容**: - 多MOS并联需**严格对称布局** - 各栅极串联0.5-1Ω电阻抑制振荡 2. **热管理设计**: - 每安培电流需≥10mm²铜箔散热面积 - 强制风冷下热阻$R_{θJA} < 20℃/W$ 3. **保护电路**: - 瞬态抑制:TVS管吸收反向尖峰 - 过流保护:电流检测电阻+比较器触发关断 --- ### **四、实测性能对比** | 方案 | 100A压降 | 损耗(100A) | 成本指数 | |--------------|----------|------------|----------| | 肖特基二极管 | 0.7V | 70W | 1× | | MOS方案 | <0.1V | <10W | 2.5× | > 注:MOS方案在>20A电流开始体现优势[^1] --- ### **五、典型应用场景** 1. 电动车辆电池防反接保护 2. 服务器电源冗余备份电路 3. 太阳能MPPT控制器输出级 4. 工业大电流DC电源总线
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