在这个斜坡发生器电路中二极管 D1 的作用是什么?

电器工程 开关模式电源
2022-02-02 20:24:47

下面的电路是一个用于开关电源的斜坡发生器,用于产生锯齿信号进行补偿,但我不太明白二极管D1在电路中的作用是什么??

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

3个回答

我假设电路的输入是矩形波,输出波形在本质上近似为锯齿波。

锯齿信号看起来像这样:-

在此处输入图像描述

而且您不能仅从电阻器和电容器发出合理的锯齿信号,因为电容器的充电率和放电率相等,并且您会得到这样的“接近”三角波:-

在此处输入图像描述

请注意,充电速率和放电速率是相同的。因此,要获得锯齿波,您需要使电容器放电的速度比充电速度快得多,因此,当输入波变低时,电容器会通过二极管更快地放电。

二极管负责锯齿的快速下降。

带注释的锯齿波

当输入电压高时,电容器(C1)通过电阻器充电,二极管关闭。当输入电压再次变低时,二极管导通,电荷从电容器流向输入。二极管的导通比电阻好得多,因此电容器的电压下降必须更快。如果你把二极管拿出来,你会得到一个三角波。所以你可以说二极管切断了三角形的后半部分。

正如其他人所提到的,这不会给你一个很大的锯齿波,但有时它已经足够接近了。

更高级的注释:RC 电路在技术上会产生指数衰减,而不是线性斜率。但方波仅高约 8.3us,RC 电路的时间常数为约 15.2us。一个时间常数的前半部分的上升是非常线性的:

RC 指数上升与时间常数的数量

方波不是最好的来源。你想要的是一个高占空比脉冲。方波会在下降沿之后给你一个长而平坦的部分:

平庸的锯齿

让我们试着分析一下这个电路。

您没有说方波的幅度或偏差是多少。让我们假设您有一个 0 到 10 伏特之间的单极方波。我们还假设电压源是理想的。

现在让我们假设在 t=0 之前,一切都处于 0 并且在 t=0 时方波变为 10 伏。

每个半周期持续 \$\frac{1}{120\times10^3}\$ 秒或大约 8 微秒。

二极管是反向偏置的,因此二极管中的电流可以忽略不计。电容器开始以 \$\frac{10}{39*10^3}\$ amps 的电流通过电阻器充电。

如果这个电流是恒定的,那么在前半个周期结束时会有 \$\frac{10}{39*10^3}\times\frac{1}{120*10^3} = \frac{V_ \mathrm{peakin}}{4.68\times10^9}\$ 电容器中的电荷。这将导致电压为 \$\frac{\frac{10}{4.68\times10^9}}{0.39\times10^{-9}} = \frac{10}{1.8252} \约 5.47\$ 伏.

在实践中,电压会低于这个值,并且上升斜率不是线性的,因为随着电容器上的电压增加,充电电流会减少。考虑到这一点,我们电容器上的电压实际上是 \$10 \times (1 - e^{-\frac{\frac{1}{120\times10^3}}{39 * 10^3 \times 0.39 \times 10 ^-9 }}) \约 4.22\$ 伏。

现在源切换回零。二极管现在承受 4.22 伏的正向电压。这将导致大的正向电流。

我们可以将强正向偏置二极管建模为与电阻串联的电压源。https://www.mouser.co.uk/datasheet/2/308/1N4148-1118184.pdf中的图 6我们看到 200mA 的电流产生大约 1.05V 的电压,800mA 的电流产生电压约为1.45V 。通过这些点画一条线给我们一个方程 \$V=0.67I+0.95\$

所以我们在二极管中有一个非常大的电流,这将迅速使电容器放电。经验法则是电容器在 5 个时间常数后几乎完全放电。有效电阻约为 0.67 欧姆,我们的时间常数为 0.26 纳秒,因此在几纳秒内,电容器将大部分放电。

然而,二极管不能将电容器放电至零,因为随着电压下降到 0.7 伏左右,电流会迅速下降。在这一点上,我们只会从电阻器缓慢放电。

所以我们有一个轻微的非线性上升,然后是由二极管引起的非常快速的下降到 0.7 伏左右,然后逐渐下降,直到下一个脉冲。换句话说,我们有一个锯齿波的粗略近似。