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LED背光电路升压二极管的代换经验谈（上）
&&& 一台康佳LED 42F33000型液晶电视（背光驱动芯片为OZ9902A，屏幕不亮，经检查发现背光电路一只升压二极管损坏，型号是SB2200，用RU4代换后，背光电路能工作，图像正常，但二极管发热迅速，马上关机。经查资料发现SB2200为肖特基二极管，但手中没有这个型号的，于是用创维29T66HT电视枕校管FMLG16S代用，开机实验，效果好了很多，但仍然不放心，为了可靠，找了一只YG875C20R（三脚复合管）型肖特基二极管，长时间试机，机器再无异常。
&&& 此次维修说明LED背光电路升压二极管不能随意代换，应考虑其工作频率和工作状态。大家知道LED的背光电路是一个典型升压拓扑结构的开关电源，如图1所示，它在PFC电路中有着广泛的应用，CRT显示器的二次电源也有很大一部分采用这种模式，LED背光电路的工作频率一般更高。该电路是一个典型的升压（BOOST）电路，开关管Q导通时，电感L储存能量，在开关管Q截止期间，电感L的感应电压为左负右正。由于电感电流不能突变，电感L的感应电压方向必然为左负右正（感应电压的大小始终为电流的变化率），通过升压二极管向负载输出能量，电感电流按照指数规律减少。根据电感电流的工作状态BOOST电路而言，可分为CCM连续、DCM断续、CRM三种模式。当储能电感放电完全结束，电感电流为零后间隔一段时间开关管重新导通即为DCM断续模式，这时储能电感的电流是不连贯的，有截止的时段。如果当储能电感释放能量还没有结束，开关管就开始导通此为CCM连续模式，此模式电感电流是连续的。如果当储能电感放电刚结束，开关管立即导通此为CRM临界模式，即为电感电流刚好保持连续，此模式需要检测电感电流的零点，工作频率是随着载荷变化的。无论哪种模式，正常情况下，输出端电压高于输入端直流电压，升压二极管D1直流反偏，由于开关电源的工作频率比较高，对升压二极管也就提出了较高的要求，二极管必须具有快速开通和高速关断能力，要使用反向恢复时间tar很短和反向恢复电流1rrm很小的的超快恢复二极管，如果耐压能满足要求，更高的工作频率特别是CCM连续模式下，推荐使用几乎没有反向恢复电流的肖特基二极管。下面和大家讨论容易产生误解的一些问题。
&&&&& 1．什么是反向恢复时间
&&& 为减小电源板的体积，现在的开关电源工作频率越来越高，反向恢复过程不可忽视。实际的二极管存在反向恢复电流和反向恢复时间。有的整流二极管用电表测量很好，但实际应用中严重发热，有些就是反向恢复时间过长的原因。那么究竟什么是二极管的反向恢复时间呢？所谓具有单向导电特性的二极管并不是理想中的正向导通、反向截止，它的导通和截止都有一个延缓过程，导通和截止时刻都是滞后加于其两端高、低电平的时刻。导通延时相比于反向恢复时间而言很短，一般可以忽略，影响开关速度的主要因素是其反向截止时间，如图2所示，二极管导通以后，正向电流为IF， t1时刻当施加电压转为反向Vf时，导通的正向电流逐渐减小，在t2时刻，电流成为零，之后还存在反向恢复过程，在一段时间ts内，反向电流始终增大，二极管并不关断，经过ts后，反向电流才逐渐变小，再经过tf时间，二极管的电流降到反向最大值的百分之十，再逐步减小至反向最大漏电流，ts称为储存时间，任称为下降时间。trr=ts十任称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。二极管从正向导电转换为反向截止状态需要一段时间才能完成，这段时间称为反向恢复时间trr。
&&& 2.反向恢复会带来什么问题
&&& 普通整流二极管反向恢复电流的峰值相当可观，有的甚至会数倍于正向电流，这不但会增加二极管的损耗，也会引起较大的EMT（电磁干扰）。可以想象，当频率升高时，关断和导通频繁，损耗就更加严重，矛盾更加突出，二极管严重发热不能使用，而且，反向恢复时间更会限制二极管的使用频率，因为如果二极管反向恢复时间过长，而频率过高的话，反向恢复阶段还没结束，下一个脉冲又到来，则二极管在正、反向都可导通，失去了二极管最基本的特性，起不到开关作用。二极管完全无法工作。所以二极管反向恢复电流和恢复时间的存在会限制开关电源的开关频率，无法进一步小型化。高频整流电路中要选择反向恢复电流较小、反向恢复时间较小的整流二极管。另外反向恢复电流在CCM电流连续模式下，会对开关管造成很大的威胁。
&&& 3．如何减小或消除反向恢复电流的影响
&&& 为了抑制反向恢复电流，缩短恢复时间，可以从两个思路来考虑：一，器件革新，直拉选用反向恢复电流小，恢复时间极短的二极管，这是一种直接面对的方法，前提是设计使用具有高指标反向恢复参数的二极管器件，典型的应用是CCM连续模式。二，避开反向恢复的方法，从前面的分析可以看出，形成反向恢复电流有两个条件，一是有一定的正向导通电流，二是突然施加反向电压，如果在电路工作模式设计上使二极管的电流降低为零的时候再承受反向电压，这时由于储存的电荷已经被耗尽，就不会产生反向恢复电流，比如开关电源中的DCM断续模式和CRM Ii界模式，这两种模式下就能消除反向恢复过程。另外，在二极管上并联RC吸收电路等一些方法也可以降低反向恢复电流的尖峰，软化反向恢复过程，在实践中也比较常见。
&&& 整流二极管按照反向恢复时间可粗略划分为：（1）普通整流二极管，反向恢复时间大于500ns； （2）快恢复整流二极管，反向恢复时间100ns～500ns； （3）高效率整流二极管，反向恢复时间50ns～100ns； （4）超快速整流二极管，反向恢复时间15ns～50ns； （ 5）肖特基整流二极管，肖特基二极管理论上无反向恢复时间，实际小于10ns、其中最新一代的碳化硅肖特基二极管由于特殊的结构，甚至做到了几乎没有反向恢复过程，反向恢复电流接近零。表1列出不同类别部分常用整流二极管的几个参数，从中可粗略对二极管的反向恢复时间进行比较，为选择代用提供参考。
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boost升压电路原理 　　 　　boost升压电路,开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 　　基本电路图见图一。 　　 　　假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 　　下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 　　充电过程 　　在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。 　　 　　放电过程 　　如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 　　 　　说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。 　　如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。 　　如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 　　 　　一些补充1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上). 　　1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 　　2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十. 　　3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 　　4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 　　5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 　　以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证. 　　开关管导通时，经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。 　　具体计算 　　已知参数： 　　输入电压：12V --- Vi 　　输出电压：18V ---Vo 　　输出电流：1A --- Io 　　输出纹波：36mV --- Vpp 　　工作频率：100KHz --- f 　　************************************************** ********************** 　　1：占空比 　　稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 　　don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 　　2：电感量 　　先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量 　　其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io)，参数带入，Lx=38.5uH, 　　deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 　　当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显， 　　当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小，由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH， 　　deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A， 　　I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI， 　　参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A 　　3：输出电容： 　　此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略 　　C=Io*don/(f*Vpp),参数带入， 　　C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联 　　4：磁环及线径： 　　查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环 　　Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A 　　按此电流有效值及工作频率选择线径 　　其他参数： 　　电感：L 占空比：don 　　初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms 　　输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd BOOST升压电路中： 　　电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成； 　　肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端！！ 　　电感升压原理： 　　什么是电感型升压DC/DC转换器？ 　　如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路，闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。 　　决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么？ 　　在图2所示的实际电路中，带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关，MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定，占空比为50%时，输出电压为输入电压的两倍。将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍，对实际的有损耗电路，输入电流还要稍高。 　　电感值如何影响电感型升压转换器的性能？ 　　因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流，所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。等效串联电阻值低的电感，其功率转换效率最佳。要对电感饱和电流额定值进行选择，使其大于电路的稳态电感电流峰值。 　　电感型升压转换器IC电路输出二极管选择的原则是什么？ 　　升压转换器要选快速肖特基整流二极管。与普通二极管相比，肖特基二极管正向压降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压。 　　 　　怎样选择电感型升压转换器IC电路的输入电容？ 　　升压调节器的输入为三角形电压波形，因此要求输入电容必须减小输入纹波和噪声。纹波的幅度与输入电容值的大小成反比，也就是说，电容容量越大，纹波越小。如果转换器负载变化很小，并且输出电流小，使用小容量输入电容也很安全。如果转换器输入与源输出相差很小，也可选小体积电容。如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小，就可能需要大容量电容，并(或)减小等效串联电阻(ESR)。 　　在电感型升压转换器IC电路中，选择输出电容时要考虑哪些因素？ 　　输出电容的选择决定于输出电压纹波。在大多数场合，要使用低ESR电容，如陶瓷和聚合物电解电容。如果使用高ESR电容，就需要仔细查看转换器频率补偿，并且在输出电路端可能需要加一额外电容。 　　 　　进行电感型升压转换器IC电路布局时需要考虑哪些因素？ 　　首先输入电容应尽可能靠近IC，这样可以减小影响IC输入电压纹波的铜迹线电阻。其次，将输出电容置于IC附近。连接输出电容的铜迹线长会影响输出电压纹波。第三点是，尽量减小连接电感和输出二极管的迹线长度，减小功耗并提高效率。最后一点是，输出反馈电阻远离电感可以将噪声影响降至最小。 　　电感型升压转换器应用在哪些场合？ 　　电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电，该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LCD)面板提供背光。在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。 　　
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电感升压电路
电压高于电池电压时需要升压电路，传统的解决方案是利用升压调节器通过镇流电阻为LED提供偏置，这种方案存在两个缺陷：首先，白光LED较宽的正向电压变化范围会造成较大的偏置电流变化、导致亮度偏差；其次，传统的升压转换器在输入与输出之间有一条直流...
注：只有充分理解电感在DC-DC电路中发挥的作用，才能更优的设计DC-DC电路。本文还包括对同步DC-DC及异步DC-DC概念的解释。DC-DC电路电感的选择简介在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值...
BOOST升压电路中： 电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到...
升压电路（电源调整电路）原理 电路主要由DC/DC直流转换IC（升压IC）U6、储能电感L2、续流二极管D4等组成，其主要作用是通过调整升压，输出12V直流电压，供显示照明电路使用；当4脚得到主控IC送来的启动信号GPIO C2时，启动...
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DC/DC升压电路 ...
电感储能式开关升压源电路图 ...
，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个...
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MC34063升压电路：从5V升到12V 图四：MC34063大电流降压变换器电路 ?????图三：MC34063大电流升压变换器电路???图五：MC34063反向变换器电路???图二：MC34063降压变换器电路??????????图一...
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求BOOST升压电路中电感和肖特基二极管的作用？？
提问者:文浩立
BOOST升压电路中： 电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成； 肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端！！ 感升涸恚什么是电感型升压DC/DC转换器？如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路，闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么？在图2所示的实际电路中，带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关，MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定，占空比为50%时，输出电压为输入电压的两倍。将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍，对实际的有损耗电路，输入电流还要稍高。电感值如何影响电感型升压转换器的性能？因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流，所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。等效串联电阻值低的电感，其功率转换效率最佳。要对电感饱和电流额定值进行选择，使其大于电路的稳态电感电流峰值。电感型升压转换器IC电路输出二极管选择的原则是什么？升压转换器要选快速肖特基整流二极管。与普通二极管相比，肖特基二极管正向压降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电流。怎样选择电感型升压转换器IC电路的输入电容？升压调节器的输入为三角形电压波形，因此要求输入电容必须减小输入纹波和噪声。纹波的幅度与输入电容值的大小成反比，也就是说，电容容量越大，纹波越小。如果转换器负载变化很小，并且输出电流小，使用小容量输入电容也很安全。如果转换器输入与源输出相差很小，也可选小体积电容。如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小，就可能需要大容量电容，并(或)减小等效串联电阻(ESR)。在电感型升压转换器IC电路中，选择输出电容时要考虑哪些因素？输出电容的选择决定于输出电压纹波。在大多数场合，要使用低ESR电容，如陶瓷和聚合物电解电容。如果使用高ESR电容，就需要仔细查看转换器频率补偿，并且在输出电路端可能需要加一额外电容。进行电感型升压转换器IC电路布局时需要考虑哪些因素？首先，输入电容应尽可能靠近IC，这样可以减小影响IC输入电压纹波的铜迹线电阻。其次，将输出电容置于IC附近。连接输出电容的铜迹线长会影响输出电压纹波。第三点是，尽量减小连接电感和输出二极管的迹线长度，减小功耗并提高效率。最后一点是，输出反馈电阻远离电感可以将噪声影响降至最小。电感型升压转换器应用在哪些场合？电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电，该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LCD)面板提供背光。在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。
回答者:何郁胜
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