John Betten

盡管二極管的整流特性很有用，但在不同溫度下，它們產生的正向壓降差異很大。這會增加損耗，可能會在電源中引入容差誤差。

雖然可能無法消除二極管的損耗，但在某些應用中可以使用它們來減少容差誤差。本文將提供三個示例，向您展示如何做到這一點。

您可以利用電阻器和齊納二極管，構建一個簡單的低電流穩壓器。這類穩壓器通常足以滿足非關鍵應用的需求，如內部偏置電壓。電路通常會將輸出電壓調節至大約 ±10% 容差。不過，通過增加一個串聯二極管，可以改善穩壓效果。

圖 1 顯示增加了一個與齊納二極管串聯的二極管。圖 1 ?中的曲線繪制了不同齊納電壓的溫度系數。當值超過 4.7V，溫度系數會變為越來越大的正值，因此隨著工作溫度的升高，齊納二極管上的電壓將會增加。如果配合二極管的負溫度系數，增加的齊納電壓一部分會因二極管正向電壓降低而抵消，從而消除溫度誤差。

低于 4.7V 的齊納值具有負溫度系數，因此增加串聯二極管實際上會加大調節誤差。

例如，7.5V 齊納二極管顯示溫度系數為 +5mV/°C，而傳統二極管 (BAT16) 在 10mA 下的溫度系數約為 ?1.6mV/°C。當二極管電流非常小時，該值變為越來越小的負值 (?3mV/°C)，因此請務必在齊納二極管的電流水平下進行檢查。理想情況下，兩個溫度系數將完全抵消，但這并不現實，也并非總是有此必要，因為簡單的改進可能就已足夠。對于正溫度系數更高的較高電壓齊納二極管，兩個（或更多）二極管可能會改善消除效果。

圖 2 顯示了不同齊納值（無串聯二極管、具有一個串聯二極管和具有兩個串聯二極管）的輸出電壓下，計算出的圖 1 對應電壓調節誤差，工作溫度在 25°C 和 100°C 之間。圖 2 中的垂直線顯示，在 7.5V 輸出下，增加串聯二極管可以將溫度相關誤差減小 3-5%。

第二個示例涉及一些轉換器，它們需要一個電平轉換器來將輸出電壓信息發送到控制電路。

圖 3 是負輸入轉正輸出反相降壓/升壓。控制電路以 ?Vin 軌為基準，但輸出電壓以 GND 為基準。為了使控制電路準確調節輸出電壓，電平轉換器會在“FB 和?Vin”之間重建差分“Vout 至 GND”電壓。?在這種實現中，電流源大約等于從 Vout 到 ?Vin 的 (V_out ? V_{be Q1})/R 流。該電流在下電阻器中流動，從而重建以 ?Vin 為基準的輸出電壓。通過添加配置為二極管的 Q2，會恢復從 Q1 損耗的 Vbe 壓降。現在，除了與 β 相關的小誤差外，FB 引腳上的電平轉換電壓會密切復制 Vout 和 GND 之間的電平轉換電壓。

增加“二極管”Q2 的一個優點是，它的正向電壓將非常接近 Q1 的電壓，因為流經二者的電流幾乎完全相同。要在 Q2 上實現最佳的電壓匹配，應使用與 Q1 相同的晶體管。另一個優點是兩個晶體管具有相同的溫度系數，使得它們的正向電壓可以更精確地相互跟蹤。與 Vbe 差異相關的溫度誤差得以顯著減小，因為它們會互相抵消 (V_FB ~ V_out ?V_{be Q1} + V_{be Q2})。Q1 和 Q2 務必要彼此靠近放置，以便它們暴露在相同的溫度下，或者使二者盡可能使用雙晶體管封裝。

圖 4 ?中所示的第三個示例顯示了一個具有一系列電荷泵級的升壓轉換器，此時每個級“n”會在“Vn + 1”時的總輸出上增加大約“V1”。有關電壓倍增器工作的更多詳細信息，請參閱“電源設計小貼士：倍增您的輸出電壓”。

方程式 1 將總輸出電壓近似為：

從方程式 1 可以看出，V_{n + 1} 在很大程度上由 n 的倍數決定，但會因與二極管正向壓降和電荷泵轉換電容器紋波電壓相關的“誤差項”而降低。假設所有二極管類型相同，且其正向電壓相等：

V_{D1 =} V_Da = V_Db，則方程式 2 為：

在方程式 2 中，右側“誤差項”會將輸出降低至其理想的 n + 1倍數以下。為了改善這一點，對 V_Da 和 V_Db 使用肖特基二極管，并對 V_D1 使用傳統二極管，正向壓降等于：

V_Da = V_Db = V_D1 /2，則方程式 3 為：

從方程式 3 可以看出，可以減小與二極管壓降相關的誤差項，從而進一步增加輸出電壓。雖然方程式 3 仍是一個近似值，但此概念有效，原因在于輸出電壓將會增加。

二極管正向電壓和溫度變化通常會降低電路性能，但并非總是如此。這些設計示例證明借助一些方法，可以消除或盡可能降低二極管的溫度相關特性。

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另請參閱：

• 輕松測量二極管電容和反向恢復
• 電源設計小貼士 79：高壓擺率負載瞬態測試

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