电路设计：二极管导通时间常见的故障

大多数电路设计人员都熟悉二极管动态特性，如电荷存储，电压依赖性电容和反向恢复时间。不太常见的确认和制造商指定的是二极管转发时间。该参数描述了二极管导通和钳位其正向压降所需的时间。从历史上看，这个非常短的时间，单位为纳秒，已经非常小，以至于用户和售卖者基本上忽略了它。它很少被讨论，几乎从未指定过。最近，开关稳压器的时钟速率和转换时间变得更快，使得二极管导通时间成为关键问题。提高时钟频率以实现更小的磁性尺寸;减少过渡时间有助于提高整体效率，但最初需要将IC热量降低最小化。在时钟速度超过约1MHz时，过渡时间损失是模具加热的主要来源。

二极管导通时间导致的潜在困难是，即使限制在纳秒以下，二极管上产生的短暂“过冲”电压也会引起过压应力，导致开关稳压器IC出现故障。因此，仔细测试需要对特定应用的特定二极管进行鉴定以确保可靠性。该测试假设在最终应用中围绕元件和布局的低损耗，仅测量由于二极管寄生引起的导通过冲电压。不正确的相关组件选择和布局将有助于提供更多的应力条件。

二极管开启时间观点

图1显示了典型的升压和降压电压转换器。在这两种情况下，假设二极管钳位将引脚电压偏移切换到安全极限。在升压情况下，该限制由开关引脚最大限度地降低正向电压来定义。降压外壳限制由开关引脚的最大允许反向电压设置。

图2表明二极管需要有限的时间长度来钳位其正向电压。该正向导通时间允许瞬时偏移超过标称二极管钳位电压，可能超过IC的击穿极限。开启时间通常以纳秒为单位测量，使得观察难以进行。进一步的复杂性是，导通过冲发生在脉冲波形的幅度极限处，从而妨碍了高分辨率幅度测量。在设计二极管导通测试方法时必须考虑这些因素。

图3显示了测试二极管开启时间的概念方法。这里，测试在1A处进行，可以使用另外的电流。脉冲通过5Ω电阻进入被测二极管1A。在被测二极管处直接测量导通时间电压偏移。该外观看似简单。特别是，当前步骤必须具有异常快速的高保真度转换，并且忠实的开启时间确定需要实质的测量带宽。

详细的测量方案

图4中显示了更详细的测量方案。调出了各种元素的必要性能参数。亚纳秒上升时间脉冲发生器，1A，2ns上升时间放大器和1GHz示波器。这些规范代表了现实的操作条件;可以通过改变适当的参数来选择其他电流和上升时间。

脉冲放大器需要特别注意电路配置和布局。图5显示放大器包括并联的达林顿驱动RF晶体管输出级。集电极电压调整（“上升时间”）峰值Q4至Q6 F T ;输入RC网络通过将输入脉冲上升时间略微延迟到放大器通带内来优化输出脉冲纯度。并联允许Q4至Q6在有利的单个电流下工作，保持带宽。当（轻度交互式）边缘纯度和上升时间调整得到优化时，图6表明放大器产生超越干净的2ns上升超时输出脉冲，没有振铃，外来元件或后过渡偏移。这种性能使得二极管导通时间测试变得切实可行。 1

图7描述了完整的二极管正向导通时间测量装置。由亚纳秒脉冲发生器驱动的脉冲放大器在测试中驱动二极管。 Z0探头监测测量指针并输入1GHz示波器。 2 ， 3 ， 4

二极管测试和解释结果

测量测试夹具，正确配备和构造，允许二极管开启时间测试，具有出色的时间和幅度分辨率。 5 图8至图12显示了来自不同制造商的五种不同二极管的结果。图8 （二极管编号1）超过稳态正向电压3.6ns，峰值200mV。这是五个方面的最佳表现。图9到图12显示了在图中标题中增加的开启幅度和时间。在最坏的情况下，导通幅度超过标称钳位电压超过1V，而导通时间延长数十纳秒。图12最终导致这种不幸的游行，具有巨大的时间和幅度误差。这种错误的短途旅行可能会导致IC调节器故障和故障。教训很清楚。必须在任何给定的应用中表征和测量二极管导通时间以确保可靠性。

注释

1 在线性中出现备用脉冲生成方法技术应用说明122 ，附录F，“另一种方法。”

2 Z0探针在Linear Technology ApplicationNote 122 < / em>附录C，“关于Z0探针。”另见参考文献27至34。

3 亚纳秒脉冲发生器的要求并非无足轻重。请参阅Linear Technology ApplicationNote 122 附录B，“富裕与贫困的亚纳秒上升时间脉冲发生器”。