Содержание
Используем параллельное соединение нескольких MAX40200 в качестве идеального диода
14 января 2019
учёт ресурсовуправление питаниемпотребительская электроникаинтернет вещейMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы
В данной статье рассматривается возможность использования нескольких интегральных схем (ИС) MAX40200 производства Maxim Integrated в параллельном подключении, а также их комбинированные параметры. Совместное применение нескольких ИС MAX40200 в роли идеального диода должно суммарно обеспечивать такие же характеристики, как и у одного более крупного устройства.
Общие рекомендации
MAX40200 – это идеальный диодный токовый переключатель с настолько малым падением напряжения прямого смещения на полупроводниковом переходе, что оно почти на порядок меньше, чем у диодов Шоттки. В MAX40200 реализована защита самой ИС и подключенных к выходу цепей от превышения температуры. В отключенном состоянии (на выводе EN установлен низкий уровень) ИС блокирует прямое и обратное напряжения до 6 В, что делает ее пригодной для большинства низковольтных портативных электронных устройств. При обратном смещении диодного перехода MAX40200 ток утечки меньше, чем у многих сопоставимых диодов Шоттки. MAX40200 работает с напряжением питания 1,5…5,5 В.
Идеальный интегральный диод MAX40200 имеет целый ряд преимуществ, среди которых:
- незначительный ток в дежурном режиме – 7 мкА;
- малая рассеиваемая мощность – всего 125 мкА при токе 1 А;
- небольшое падение напряжения (примерно 18 мВ) для прямого тока – до 100 мА;
- время переключения между прямым и обратным напряжением смещения – менее 100 мкс;
- компактный корпус типа WLP с четырьмя выводами;
- отпирающий/запирающий сигнал и тепловая защита.
Одной из важных особенностей ИС MAX40200, применяемой в качестве идеальных диодов, является использование MOSFET вместо обычной биполярной полупроводникой технологии, что позволяет, по сути, обеспечить для нагрузки гальваническую развязку по току. В данной статье исследуются характеристики нескольких параллельно соединенных ИС MAX40200.
Комплект из нескольких идеальных диодов должен обеспечивать те же характеристики, что и один более мощный диод. Для этого необходимо подобрать некоторое количество MAX40200. Например, можно использовать две параллельно соединенных ИС для системы на 2 А и, соответственно, четыре параллельных ИС для системы на 4 А.
Экспериментальные результаты
На рисунке 1 показаны четыре параллельно подключенных MAX40200, которые обеспечивают ток до 4 А. Если все ИС размещены близко друг к другу, то они имеют почти одинаковую температуру. И, следовательно, при одинаковой температуре должны иметь сходные характеристики. На рисунке 2 показана зависимость падения прямого напряжения на ИС от протекающего постоянного тока. На рисунке 3 сравниваются графики зависимости напряжения от тока для одной и четырех ИС MAX40200, подтверждающие, что характеристики для одного устройства MAX40200 и для четырех MAX40200 очень похожи.
Рис. 1. Типичная схема параллельного подключения диодов для увеличения нагрузочной способности цепи по току
Рис. 2. Зависимость прямого падения напряжения на MAX40200 от величины протекающего через них прямого тока
Рис. 3. Сравнение характеристик одного и четырех MAX40200
На рисунке 4 представлена схема с открытием и закрытием диодов для протекающего тока. На рисунках 5 и 6 представлены наблюдаемые результаты.
Рис. 4. Схема включения/выключения диодов
Рис. 5. Переходные процессы при открытом диоде (IFWD = 4 A)
Рис. 6. Переходные процессы при открытом/закрытом диоде (IFWD = 4 A)
Обратите внимание, что VIN на рисунке 5 представляет важный переходный процесс. Это связано с тем, что переходная характеристика меняющейся нагрузки источника питания используется при токе 0…4 А. Этот переходный процесс также виден на VLOAD.
На рисунке 7 представлена схема для измерения переходных характеристик на нагрузке. Здесь могут возникать условия для появления кратковременной повышенной нагрузки, когда проводящее устройство должно быть способным обеспечить необходимый ток с незначительными колебаниями VFWD. Это связано с тем, что VLOAD (V) обычно является источником питания для последующих цепей. На рисунке 8 показаны переходные процессы при изменяющейся нагрузке.
Рис. 7. Схема для контроля переходных процессов на нагрузке
Рис. 8. Переходные процессы на нагрузке (IFWD = 200 мА…3,8 A)
В показанной на рисунке 9 схеме используется стандартный диод Шоттки CMCH5-20 (20 В, 5 А) вместе с четырьмя ИС MAX4200. Переходный процесс создан на участке VIN2, чтобы имитировать вариант схемы диодного «ИЛИ» для выбора пути тока.
Рис. 9. Диодная схема «ИЛИ» на основе стандартного диода и четырех устройств MAX40200
Когда VIN2 (3,3 В) меньше чем VIN1 (3,6 В), выбранным источником напряжения будет VIN1 и диод D1 оказывается обратносмещенным. Когда VIN2 будет более 3,6 В, D1 переходит в проводящее состояние, а U1…U4 выключаются. На рисунках 10а и 10б отображены переходные характеристики схемы, представленной на рисунке 9.
Рис. 10. Переходные характеристики диодного соединения «ИЛИ»
Особенности трассировки печатной платы
На рисунке 11 показан типичный пример размещения дорожек на печатной плате для четырех параллельно соединенных ИС MAX40200. Как видно, цепи VDD и OUT на плате имеют медные площадки большого размера для уменьшения сопротивления и плотности тока. Обе цепи – VDD и OUT – размещены на верхней стороне платы без использования межслойных перемычек. Поскольку физический механизм, обеспечивающий разделение тока нагрузки, является тепловым, параллельно соединенные идеальные диоды должны располагаться как можно ближе друг к другу. Учитывая вероятность повышенных токов или отсутствия параллельно подключенных компонентов, следует использовать печатную плату с наиболее толстым слоем меди. Это помогает лучше рассеивать выделяющееся тепло и уменьшает падение напряжения при высоких токах. Обратите внимание, что корпус WLP оптимален для параллельного соединения нескольких устройств – этому способствуют его небольшие размеры и хорошая теплопроводность.
Рис. 11. Пример компоновки печатной платы
Как показано на рисунке 12, отдельные компоненты размещены с зазором в 12 мм, что гарантирует термическую равноценность всех ИС MAX40200. Параллельно соединенные ИС следует защитить от повышенного теплового воздействия внешних источников тепла. В противном случае все работающие при высокой температуре устройства будут иметь повышенное RON. Неравномерное распределение температуры на плате под установленными ИС приводит к неравному разделению тока. Не рекомендуется использовать переходные отверстия на основных проводящих участках платы (VDD или OUT), так как они добавляют паразитную индуктивность и увеличивают эффективное RON в основной цепи, таким образом повышая прямое падение напряжения (VFWD).
Рис. 12. Расстояние между размещенными рядом MAX40200
На рисунке 13 показана разница температур окружающей среды и платы с параллельно соединенными MAX40200. Обратите внимание что разность температур прямо пропорциональна прямому току нагрузки, проходящему через эти устройства. Данный результат был получен на плате, изображенной на рисунке 12.
Рис. 13. Температура печатной платы, изменяющаяся в зависимости от температуры окружающей среды
Почему так хорошо работают блоки из нескольких параллельных диодов
Сопротивление открытого канала MOSFET имеет резко положительный температурный коэффициент, который гарантирует, что более горячий MOSFET имеет большее сопротивление, чем более холодный, что приводит к протеканию через него немного повышенного тока. Поэтому для двух таких MOSFET устанавливается тепловой баланс, соответствующий токовому балансу. Такой тепловой баланс гарантируется правильной компоновкой печатной платы. Вообще, плотное размещение компонентов является обоснованным. Но если на плате есть другое устройство, которое рассеивает много тепла, то вызванный им тепловой градиент изменяет баланс распределения тока для параллельно соединенных идеальных диодов.
Разница между обычным корпусом и WPL – корпусом на базе подложки кристалла
Описанное выше исследование было проведено для корпуса WLP (Wafer Level Package) и является оптимальным для параллельного использования нескольких корпусов, поскольку очень малый размер, электрические характеристики этого типа интегральной упаковки и хорошая теплопроводность позволяют обеспечить достаточную термическую связь, чтобы сделать такой подход более удобным с практической точки зрения.
Из-за более высокого теплового сопротивления в корпусе типа SOT23 (обусловленного сопротивлением внутреннего соединения проводов) распределение тока и прямое падение напряжения (VFWD) –несколько хуже, чем в случае с корпусом WPL. Значительное влияние, даже при плотно размещенных корпусах типа SOT, оказывают и любые дополнительные перепады температур. Для идеальных диодов в таком корпусе рекомендуется понизить размеры до 75% от указанных в спецификации.
Заключение
Интегральный диод MAX40200 одинаково хорошо показал себя при параллельном соединении как двух, так и четырех ИС. И статические, и переходные характеристики показывают, что распределение тока является близким к поведению идеального диода, а переходные характеристики не ухудшаются. Несколько MAX40200 могут быть применены в тех случаях, когда требуется повышенный ток или пониженное падение напряжения.
Оригинал статьи
•••
Параллельное соединение — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Последовательное соединение диодов.| Параллельное соединение диодов.
[1] |
Параллельное соединение диодов применяют в случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости их вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых диодах ток окажется больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки процентов.
[2]
Параллельное соединение диодов возможно без специального подбора. В этом случае последовательно с каждым диодом необходимо включать дополнительное сопротивление величиной не менее 3 ом. Допустимый выпрямленный ток при этом равен сумме номинальных токов отдельных диодов.
[3]
Допускается параллельное соединение диодов одной группы. Последовательное соединение диодов может прэнзводйться без их подбора по параметрам; при этом каждый диод шунтируют выравнивающей емкостью.
[4]
Типы диодов.
[5] |
Допускается параллельное соединение диодов одной группы. Последовательное соединение диодов может производиться без их подбора по параметрам; при этом каждый диод шунтируют выравнивающей емкостью.
[6]
Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току. Допускается последовательное соединение диодов при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превышает допустимого значения.
[7]
Поэтому параллельное соединение диодов, увеличивающее общий прямой ток, за редким исключением, не применяется на практике. Если несколько диодов включены параллельно, то общий прямой ток возрастает.
[8]
Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току. Допускается последовательное соединение диодов при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превышает допустимого значения.
[9]
Допускается параллельное соединение диодов без добавочных резисторов, а также последовательное соединение, при котором рекомендуется каждый диод шунтировать выравнивающим конденсатором.
[10]
Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току, а также последовательное соединение при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превысит допустимого значения.
[11]
Допускается параллельное соединение диодов при условии, обеспечивающем исключение перегрузок любого параллельно подключенного диода по максимально допустимому прямому току.
[12]
Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току. Допускается последовательное соединение диодов при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превышает допустимого значения.
[13]
При параллельном соединении диодов необходимо после каждого из них включать последовательно сопротивление в 10 — 50 ом.
[14]
При параллельном соединении диодов последовательно с каждым из них необходимо включать сопротивление в 5 — 8 ом.
[15]
Страницы:
1
2
3
4
батарей с разным напряжением параллельно с диодом
спросил
Изменено
1 год, 4 месяца назад
Просмотрено
330 раз
\$\начало группы\$
Я провел исследование в Интернете о параллельном соединении аккумуляторов разного напряжения, и есть смысл, что это может быть опасно, потому что ток от одной батареи будет течь к той, которая имеет меньшее напряжение. Это видео объясняет https://www.youtube.com/watch?v=44_Uj6D-cEI
А что, если использовать диоды? Например, что, если у меня есть что-то вроде этого:
смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab
(обратите внимание, что батарея слева — это батарея 9 В, подключенная к диоду, а батарея справа — батарея типа АА). батарея подключена к другому диоду.Они подключены параллельно для питания некоторой нагрузки)
Моя 9В батарея имеет емкость всего 500 мАч. Я хотел бы увеличить его емкость, используя батарею AA. Будет ли это возможно?
- батареи
- параллельные
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Вы не можете увеличить емкость таким образом. 9-вольтовая батарея будет обеспечивать всю мощность до тех пор, пока она почти полностью не разрядится, в то время как 1,5-вольтовая батарея будет эффективно отключена, пока 9-вольтовая батарея не разрядится примерно до 1,5 вольт.
При использовании таких диодов источник с самым высоким напряжением будет подавать весь ток на нагрузку, пока его напряжение не упадет до уровня источника с более низким напряжением.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
В дополнение к тому, что сказал Питер, это может быть (слегка) опасным в зависимости от выбранного вами диода, так как некоторые диоды допускают небольшую обратную утечку.
Если вы подключили таким образом 2 батареи и оставили их на полке в течение длительного времени, батарея AA может перезарядиться.
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Примечания по конфигурации параллельных диодов
B.Tech./1Sem/Electronics Engg
2 года назад
Приям Сингх
Диоды часто подключаются параллельно в импульсных источниках питания, чтобы разделить ток. Тепловой разгон зависит от корпуса диодов и радиатора (рассеяния), на котором они установлены. При условии достаточного рассеяния в конструкции можно обеспечить более высокий ток, когда «диоды находятся в параллельной конфигурации».
При параллельном соединении диод с наименьшим падением напряжения при смещении в прямом направлении будет пытаться проводить больший ток, вызывая тепловой разгон . Диоды, подключенные параллельно с одинаковой полярностью, ведут себя не иначе, чем один диод. Однако из-за того, что ток в каждом диоде меньше из-за правила делителя тока, через каждый диод будет протекать меньший ток, и, следовательно, падение напряжения на нем будет ниже, поскольку это характеристика диодов. Следовательно, если предположить, что все диоды очень похожи по Vf, общее падение напряжения параллельной комбинации диодов будет ниже , чем для одного диода. Хотя пропускная способность каждого отдельного диода не меняется, параллельная комбинация диодов des может выдерживать больший ток в целом , опять же из-за правила делителя тока.
При параллельном соединении падение останется прежним (добавятся обратные утечки и емкость), но допустимый ток может уменьшиться из-за возможности теплового разгона. Этого можно избежать, поместив диоды в тепловой контакт друг с другом и / или используя небольшой резистор последовательно с каждым.
Определите напряжение Vo для сети, показанной на рисунке.
Первоначально может показаться, что приложенное напряжение включает оба диода. Однако, если бы оба были «включены», падение 0,7 В на кремниевом диоде не соответствовало бы 0,3 В на германиевом диоде, как того требует тот факт, что напряжение на параллельных элементах должно быть одинаковым. Результирующее действие можно объяснить, просто поняв, что при включении питания оно будет увеличиваться с 0 до 12 В в течение определенного периода времени, хотя, вероятно, измеряется миллисекундами. В момент нарастания, когда на германиевом диоде установится 0,3 В, он «включится» и будет поддерживать уровень 0,3 В. Кремниевый диод никогда не будет иметь возможности захватить свои требуемые 0,7 В и поэтому остается в открытом состоянии. состояние цепи, как показано на рис. 1.
Итак,
Напряжение Vo зависит от типа Si и Ge диодов.
При «стандартном» прямом падении напряжения Ge = 0,2 В и Si = 0,7 В доминирует Ge и Vo = 11,8 В.
Что такое тепловой разгон?
Термический разгон описывает процесс, который ускоряется при повышении температуры, что, в свою очередь, приводит к высвобождению энергии, что еще больше повышает температуру. Термический разгон возникает в ситуациях, когда повышение температуры изменяет условия таким образом, что вызывает дальнейшее повышение температуры, часто приводя к разрушительным последствиям.