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技术专题
PCB设计中的钳位二极管和瞬态電(diàn)压保护
PCB设计中的钳位二极管和瞬态電(diàn)压保护，是非常重要的。二极管，是许多(duō)電(diàn)子产品初學(xué)者所熟知的，是由PN结制成的半导體(tǐ)。当将正電(diàn)压连接到阳极，将阴极连接到阴极时，该二极管被称為(wèi)正向偏置。只要施加的電(diàn)压大于结電(diàn)压（通常為(wèi)0.7V），電(diàn)流就会流过二极管。
但是如果以相反的方向施加電(diàn)压怎么办？在负偏压下，只要端子两端的電(diàn)压不超过击穿電(diàn)压，二极管将处于非导通状态。在这种状态下，二极管像开路一样，因為(wèi)反向偏置的PN结会阻止電(diàn)子流过。
钳位二极管是在PCB设计電(diàn)路中同时使用(yòng)这两个特性来操纵输入電(diàn)压的地方。钳位二极管可(kě)以用(yòng)作電(diàn)平转换器，也可(kě)以用(yòng)于保护组件免受瞬态電(diàn)压的影响。
钳位電(diàn)路中的二极管
正钳位電(diàn)路。
钳位電(diàn)路由交流输入，二极管，電(diàn)容器和负载電(diàn)阻组成。钳位電(diàn)路分(fēn)為(wèi)正配置和负配置。上图显示了一个正钳位電(diàn)路，它实际上是一个正電(diàn)平转换器。
运作方式如下：
在第一个正周期上，二极管处于反向偏置状态，并且没有(yǒu)電(diàn)流流过该二极管。因此，第一个输出峰值等于输入。
当输入进入负周期时，二极管置于正向偏置状态。它开始传导電(diàn)流并将電(diàn)容器充電(diàn)至峰值電(diàn)压的大小(xiǎo)。当输入電(diàn)压接近正周期时，電(diàn)容器继续保持電(diàn)荷。在负周期，输出電(diàn)压為(wèi)0V，或者精确地為(wèi)0.7V，这是二极管的结電(diàn)压。
在下一个正周期，二极管再次置于反向偏置状态。二极管开路。但是，電(diàn)容器在前一个循环中被充電(diàn)到最大输入電(diàn)压幅度。现在，電(diàn)荷将通过负载電(diàn)阻释放，同时在输入端施加正電(diàn)压峰值。输入電(diàn)压和電(diàn)容器中存储的電(diàn)荷均会导致输出電(diàn)压下测得的幅度翻倍。
但是，负钳位電(diàn)路又(yòu)如何呢(ne)？通过仅反转二极管的方向，您将获得一个反向工作的交流電(diàn)平转换器。
钳位二极管的瞬态保护
钳位二极管并不仅仅与基線(xiàn)電(diàn)压漂移有(yǒu)关。它们可(kě)以缓解瞬态事件，特别是ESD和雷電(diàn)浪涌。例如，当输入電(diàn)压升至高于Vh时，D1正向偏置。因此，过多(duō)的電(diàn)流而不是负载流经D1。通常在二极管之前放置一个限流電(diàn)阻，以确保二极管在极限范围内工作。
当输入電(diàn)压降至VL以下时，这同样适用(yòng)，然后将激活D2。通过将过多(duō)的電(diàn)流从负载上带走并使電(diàn)压保持在Vh以下，这些二极管有(yǒu)助于防止瞬态電(diàn)压损坏组件。
通常，选择具有(yǒu)更大電(diàn)流处理(lǐ)能(néng)力，低结電(diàn)压和快速导通时间的二极管来进行ESD或電(diàn)涌保护。限流電(diàn)阻器还必须能(néng)够在大量電(diàn)流通过时禁用(yòng)大量的热量。