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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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