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如何利用MDD開關二極管構建快速開關保護電路?實用設計技巧分享

2025-05-20 來源: 作者:深圳辰達半導體有限公司 原創(chuàng)文章
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關鍵詞: 開關二極管 快速開關保護 反向電壓保護 輸入電壓鉗位 多路邏輯控制

在高速開關控制電路或數(shù)字邏輯電路中,瞬態(tài)電壓、負載感應反沖、反向電流等因素常常對核心元件造成威脅,特別是在繼電器、MOSFET、步進電機驅動、電感負載等場合,保護電路設計不當可能導致元器件損壞、系統(tǒng)失效甚至引發(fā)安全隱患。本文將從FAE的實用經(jīng)驗出發(fā),介紹如何巧妙利用MDD開關二極管(如1N4148、BAS16等)構建快速開關保護電路,并給出幾個典型設計技巧,幫助工程師在實際項目中提升系統(tǒng)可靠性。

一、開關二極管的基本特性

開關二極管是一種專用于高頻、高速切換的低電容二極管,主要特點包括:

反向恢復時間(Trr)極短,典型值約為4ns;

正向壓降(Vf)約為0.6~0.8V;

封裝緊湊、耐壓適中,適用于中小功率場合;

反向漏電流小,可靠性高。

正是由于其響應快、體積小和導通速度快等特點,使其在構建快速開關保護電路中表現(xiàn)出色。

二、應用場景一:反向電壓保護

當負載斷電或開關器件(如MOSFET)關斷時,若存在電感性負載,線圈兩端會因能量釋放產(chǎn)生高反向電壓,極易損壞器件。此時,可以采用開關二極管進行快速鉗位:

設計技巧:二極管反向并聯(lián)于感性負載兩端

當負載斷電,二極管迅速導通,將感性負載回饋的能量形成回路消耗在負載自身上,從而避免高壓反沖。例如,在繼電器、電磁閥、馬達驅動電路中,1N4148就可充當“自由輪二極管”角色,保護驅動器免受反向高壓影響。

注意:當電感電流較大時,需選擇耐流能力更強的快恢復二極管或肖特基二極管。

三、應用場景二:輸入電壓鉗位保護

在開關電路中,控制端往往通過開關器件(如三極管、按鈕)接受外部輸入,若輸入信號超出電路電壓范圍,則可能損壞控制器件。

設計技巧:利用開關二極管做電平鉗位

將開關二極管陰極接至電源正極(如5V),陽極接至輸入信號端,當外部輸入高于5V+Vf(約5.7V)時,二極管導通,將過壓導入電源軌,防止損壞下級電路;同理,也可在GND方向放置鉗位二極管,保護電路免受負壓沖擊。

該方案尤其適用于外接信號來源不確定、存在反向誤插、過壓風險的接口,如MCU IO口、按鍵輸入、電平轉換等。

四、應用場景三:多路邏輯或控制電路保護(Diode-OR)

在一些需要多個信號控制同一輸入端(如上電控制、硬件使能信號)的設計中,可使用開關二極管構建“或門”功能。

設計技巧:多個控制源串聯(lián)二極管共接輸入

每個控制信號串聯(lián)一只開關二極管,陰極共接目標輸入端,陽極分別接控制源。當任一控制源為高電平時,對應二極管導通,輸入端獲得有效信號,其他路徑因二極管反偏不會干擾。此結構不僅實現(xiàn)邏輯功能,還提供方向隔離、防止互相干擾。

五、應用場景四:快速關斷MOSFET柵極

在高頻MOSFET開關控制中,為避免電壓延遲或柵極過沖,可利用開關二極管加速柵極放電。

設計技巧:柵極并聯(lián)反向二極管與下拉電阻

當控制信號從高變低時,二極管為柵極放電提供低阻通路,加快關斷速度,防止器件工作在亞閾值區(qū),提高開關效率并減少熱損耗。此方法常用于D類功放、電機驅動及SMPS開關電路。

六、選型建議與使用注意事項

選擇Trr盡可能短的器件,如1N4148、BAS16適用于幾十MHz以下的應用;

注意最大正向電流與浪涌電流能力,避免在大電感回路中使用小功率二極管;

合理布局:在PCB布線中,將二極管靠近被保護器件放置,縮短信號回路,提升保護效果;

避免電壓反向擊穿:使用時確保反向峰值電壓小于器件額定值。

留在最后,MDD開關二極管雖小,但在高速開關保護電路中發(fā)揮著極為重要的作用。無論是反向鉗位、過壓保護、快速導通控制,還是構建邏輯隔離結構,它都提供了簡潔、經(jīng)濟且高效的解決方案。掌握合理的選型原則和典型電路結構,能夠讓工程師在實際設計中更靈活地解決問題,提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾能力。




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