NIEC的音频用SBD和FRED 日本英达株式会社(NIEC)是肖特基势垒二极管(SBD)和快恢复外延二极管(FRED)的主要生产厂 家。因具有损耗低、切换快和噪音小的特点，这些快速切换二极管在世界上被广泛用于开关电源 (SMPS)。除了这种应用之外，还可将这些特性用于音频应用。事实上，我公司生产的SBD和FRED 被采用于日本的高端和中级音频设备中的线性整流器。本文说明利用SBD和FRED来改善音质的可 能性。 SMPS中的反向恢复与切换噪音 在谈及音频应用之前，让我们先看一下SMPS 中的反向恢复和切换噪音之间的关系。下图是 JRC的 NJM2367步降DC-DC转换器的评估板， 输入为12V，输出为5V。比较了３个二极管，这 些二极管的主要特性列于下表。输入电压为 12V，所 以 40V 的 VRRM 已 足 够。当 然，在 此 FSQ05A04是正确的选择，但可与其它两个一 P/N Io VRRM 0- trr : 25ns FSQ05A04 trr : 25ns 00- FSF05A20 trr : 110ns 30PRA60 VF (最大) FSQ05A04 SBD 5A 40V 0.55V FSF05A20 FRED 5A 200V 0.98V 30PRA60 FRD 3A 600V 1.15V 3个二极管的反向恢复 IF=3A, -di/dt=25A/µs, 25℃ 管有相似的trr，当温度上升时FRED的trr增加， 但是40V SBD的trr几乎保持不变。在3个二极管 中，30PRA60具有最大的VF和最长的反向恢复 时间(trr)，所以此二极管不能用于这种用途。 下一页上的相片显示了观察到的各二极管的阳 极和阴极的工作电压。从中可看到二极管工作 中的反向恢复的作用。另外，频谱分析仪也显示 了频率范围的分布。研究这些数据是很有趣的 在DC-DC转换器中进行比较的3个二极管 起看一下较高VF、较长trr的作用和恢复方法。 相片1显示了在相同条件（IF=3A，-di/dt=50A/ µs，25℃）下3个二极管的反向恢复。此相片表 明FSQ05A04(5A, 40V, SBD)的反向恢复时间 (trr)与FSF05A20(5A, 200V, FRED)几乎相同， 但是电压振铃有些不同。尽管在25℃时2个二极 测试的二极管 5V 12V NJM2367步降DC-DC转换器评估板 日本英达株式会社 1 S. Hashizume 2007年8月 修订版1.01 FSQ05A04 GND - FSF05A20 GND - 30PRA60 GND - 日本英达株式会社 2 输入电压 :12V, 输出 :5.03V/2A 输出纹波电压 输入电流 效率 最大 最小 RMS FSQ05A04 1.01A 83.0% 33.6mV -24.0mV 3.6mV FSF05A20 1.03A 81.3% 10.4mV -24.8mV 3.3mV 30PRA60 1.09A 76.9% 56.8mV -62.4mV 9.1mV 表1．工作效率和输出纹波电压 噪音有重大影响。对于二极管，一般认为在实际 工作温度(而不是25℃)下的最短trr和软恢复可 获得最小的输出噪音。 在此要强调的是在几MHz至几十MHz时，反向 恢复与噪音级有很大关系，有时这对SMPS很 有意义，但是对音频应用却意义不大。 事情。从FSQ05A04的频率分布可看到在特殊 频率(32MHz)的峰值处的电压振铃结果。正如 所想象的，在高于40MHz的频率处，FSF05A20 具有相似的峰值。我们想强调的是在这种高频 率处的噪音对音频频率应用可能没有直接影 响。 我们将3个二极管应用于NJM2367 DC-DC转换 器，测量了工作效率和输出噪音，并将结果汇总 于表1。自然地，随着二极管的正向电压的增加 效率下降，并且随着trr的增加输出纹波电压增 加。但是，重要的是trr并不是SMPS的输出噪音 的直接原因，因为其它有源和无源电路元件对 线性频率整流二极管 现在人们普遍认为用于整流的二极管在线性频 率(50/60Hz)下影响音质。二极管的整流噪音确 实出乎意料地大。例如，您可在下列网站听到各 种噪音(包括整流噪音)： http://www.ntt-east.co.jp/tasc/gijutu/noise/ index.html 我们试图检测在整流时产生的磁通的变化。所 使用的电源是12V输出LM317线性调压器，其 中 可 将 桥 式 整 流 器 变 为 插 座。负 载 电 阻 为 300Ω，输出电流约为40mA。 GND - FSQ05A04 GND - FSF05A20 如下面的相片所示，为了最大程度地听到噪音， 将SONY ICF-SW77(调谐至515kHz的AM接收 器)的天线位置固定在尽可能接近变压器的位 置。我们非常仔细地一个个地更换二极管，以保 持物理位置。 GND - 30PRA60 由二极管引起的输出噪音 12V AC100V 50Hz ICF-SW77 LM317 调压器 变压器 300Ω 线性调压器 可变 二极管 整流噪音比较电路 日本英达株式会社 整流噪音的检测 3 样本二极管是下列3个。 整流二极管 DBF10G 1A/600A 200V FRED FCF/FRF10A20 5A×2/200V 200V SBD FCH/FRH10A20 5A×2/200V NIEC 的 FCF10A20/FRF10A20 和 FCH10A20/ FRH10A20是TO-220F封装双芯片二极管，可通 过结合共阴极和共阳极来组合二极管电桥。 由AM收音机捕捉到的整流噪音 整流二极管 共阳极 共阴极 TO-220F SBD和FRED可以是二极管电桥 当将整流二极管用作为桥式整流器时，可从收 音机听到非常响的噪音，噪音级大大地高于 FRED和SBD。右图显示整流二极管、FRED和 SBD的噪音级的不同。实际上，此处的二极管整 流噪音并不成为问题。此低成本变压器的磁屏 蔽较差，其线圈发出许多噪音(磁场的变化)， AM接收器中的敏感的内置环形天线捕捉着微 弱的噪音。所以如果将收音机从变压器稍微移 开一些，此噪音就会消失。当然，如果将1,000pF 陶瓷电容器并联加至各整流二极管，噪音级可 更低一些。但是，因无阻尼控制，几MHz或几 十MHz的振铃可能会增加。毫无疑问，低频整 流用FRED或SBD可能是明智的选择，因为与整 流二极管相比，其能量很小，而这是噪音的原 因。 利用示波器测量了稳压输出电压是否会缓和整 流噪音。当然，示波器的观察结果表明所采用的 二极管没有什么不同。 由AM收音机捕捉到的整流噪音 200V FRED (FCF/FRF10A20) 由AM收音机捕捉到的整流噪音 200V SBD (FCH/FRH10A20) SBD和FRED丰富声音 为了调查由整流二极管、SBD和FRED引起的声 音之间的差别，我们利用以前用于噪音检测的 LM318调压器。声音再生系统是电脑用廉价简 单的内置放大器的扬声器和存储音频播放器。 日本英达株式会社 用稳压电源代替原先的AC适配器。 作为线性频率整流器的SBD和FRED发出清晰 动人的声音，与整流二极管的声音完全不同。听 到此声音的任何人都承认这一事实。 4 二极管的听音检查 有许多改变声音的因素，例如电子元件(诸如电 容器、电阻器、半导体)、布线、保险丝、AC插 头、电缆、焊料、电镀等。 “声音变化”并不总是等于“声音改善”。在各种 变化中，与整流二极管相比，在各种音乐领域， SBD和FRED的声音要更好些。请您自己评估一 下。评估声音的一般要求如下所示： ● ● ● ● Io 8A VRRM 150V 10A 30V 10A 40V 10A 40V 10A 60V FCQ10A(U)06 FRQ10A06 10A 100V FCH10A(U)10 FRH10A10 10A 150V FCH10A(U)15 FRH10A15 10A 200V FCH10A(U)20 FRH10A20 20A 60V FCQ20A(U)06 FRQ20U06 20A 100V FCH20A(U)10 FRH20A10 20A 150V FCH20A(U)15 FRH20A15 20A 200V FCH20A(U)20 FRH20A20 10A 200V FRED 10A 400V FCF10A(U)40 FRF10A40 20A 300V FCU20UC30 FRU20UC30 SBD FCH08A15 FRH08A15 FCQ10A03L FRQ10A03L FCQ10A(U)04 FRQ10A04 FCH10A04 FRH10A04 FCF10A20 FRF10A20 选择适当的音源。一般来说，自然音、古典 音乐和歌声较为合适。 固定参照源。 使声级保持不变。 尽可能立即改变条件。 评估应是稳定不变的，所以今天、昨天和明天得 到的结果必须相同。应确立评估方法，并对评估 声音的人进行培训。 AC adapter L AC adapter S 我公司产的可形成桥式整流器的TO-220F封装 SBD和FRED 如下表所示。TO-220F封装中的成 对的元件非常适用于音频应用中的低频整流。 线性电源和2个SMPS 用于音频应用的SMPS 现 在，即 使 是 放 大 器 等 高 端 音 频 组 件 也 将 SMPS用作为内部电源。尽管在此领域开关电 源不太合适，但是小型轻量是市场的要求。事实 上，SMPS越来越流行于媒体和高级音频组件。 为了确认声音如何不同，将线性电源和2个 SMPS(12V 1A 输出)用于电脑扬声器。通过改 变这3个相同输出电压的电源，可确认声音的差 别。最佳声音是由线性电源获得的，1个SMPS 日本英达株式会社 SMPS内 (输出电压 : 6V, 相同厂家 ) 5 的声音比其它SMPS的声音要好得多。从中可 知能调整SMPS将其用于音频应用。SMPS的内 部相片如下所示。SMPS越小发出的声音越好， 不知道原因何在。 美妙的音响令人感到幸福！ 尽管是如此廉价的电脑扬声器系统，我们却能 区分二极管和SMPS之间的声音之差别，您相 信吗？因为内部放大器是简单整齐的线性放大 器，只有单输入和单输出，而无音调控制，所以 非常合理。另外，对于电压放大其具有JRC 4558 运算放大器。JRC是音频专业公司，他们产的 4558、5532和5534等运算放大器还被应用于高 端音频。所以此扬声器系统不仅设计得低价而 且声音极佳。 如上所述，有许多改变声音的因素。毫无疑问， 首先是出色的电路设计和架构。电源和振动与 音质非常有关。NIEC的产品，尤其是SBD和 FRED因其音频应用方面的出色声音而闻名。 这来自于平衡的芯片设计、正确的组装、低噪特 性、非磁性材料和严格的质量控制。不仅可将 SBD和FRED产品用于开关应用还可用于音频 应用。 日本英达株式会社 6 日本英达株式会社 7 日本英达株式会社 8