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牛人剖析“二極管”,很難得的資料!

1、功率二極管的正向?qū)ǖ刃щ娐?/span>

等效電路



說明:

二極管正向?qū)〞r可用一電壓降等效,該電壓與溫度和所流過的電流有關(guān),溫度升高,該電壓變??;電流增加,該電壓增加。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。
2、功率二極管的反向截止等效電路

等效電路



說明:


二極管反向截止時可用一電容等效,其容量與所加的反向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān),大小可從制造商的手冊中獲得。
3、功率二極管的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

功率二極管穩(wěn)態(tài)時的電流/電壓曲線




說明:


二極管正向?qū)〞r的穩(wěn)態(tài)工作點:


當Vin >>Vd 時,有:


而Vd對于不同的二極管,其范圍為 0.35V~2V。

二極管反向截止時的穩(wěn)態(tài)工作點: Id≈0,Vd = -Vin


穩(wěn)態(tài)特性總結(jié):


是一單向?qū)щ娖骷o正向阻斷能力);
為不可控器件,由其兩斷電壓的極性控制通斷,無其它外部控制;

普通二極管的功率容量很大,但頻率很低;


開關(guān)二極管有三種,其穩(wěn)態(tài)特性和開關(guān)特性不同:
-- 快恢復二極管;
-- 超快恢復,軟恢復二極管;

-- 蕭特基二極管(反向阻斷電壓降<<200V,無反向恢復問題);


器件的正向電流額定是用它的平均值來標稱的,只要實際的電流平均值沒有超過其額定值,保證散熱沒問題,則器件就是安全的;

器件的通態(tài)電壓呈負溫度系數(shù),故不能直接并聯(lián)使用;
目前的 SiC 功率二極管器件,其反向恢復特性非常好。
4、功率二極管的開通和關(guān)斷過程原理

開通和關(guān)斷過程實驗電路


二極管兩端的電壓和流過的電流:




開關(guān)過程原理:


開通過程[ t1 ~ t2 ]:


在 t1 前,二極管工作于截止狀態(tài),t1 時,理想開關(guān)關(guān)斷,二極管的電流開始上升,對反偏二極管的結(jié)電容充電,使二極管的電壓也開始上升,因PN 結(jié)耗盡區(qū)的工作機理(詳細見半導體物理),使電壓的上升比電流的上升要慢很多,電壓正偏后,還會有一個幾伏-幾十伏的正向電壓峰值,然后才進入穩(wěn)定的正向?qū)顟B(tài)。


關(guān)斷過程[ t3 ~ t5 ]:


在 t3 前,二極管工作于導通狀態(tài),t3 時,理想開關(guān)開通,二極管的電流開始下降,因為少子電荷在正向電流降為零時仍存在,故二極管的電壓仍維持正偏,為使其承受反向阻斷的能力,必需將這些少子電荷抽掉,t3-t4 是抽走反向電荷的階段,在t4時刻,二極管可開始反向阻斷,t4-t5則是對二極管結(jié)電容(耗盡區(qū))進行充電的過程,直到二極管完全承受外部所加的反向電壓,進入穩(wěn)定的反向截止狀態(tài)。

實際的開通過程較短,分析時一般可忽略。通??芍环治鲫P(guān)斷過程,器件商會給出反向恢復時間和反向恢復電荷等參數(shù)。
5、功率二極管的功率損耗公式


導通損耗:



容性開通損耗:



開關(guān)損耗:


開通損耗:通??珊雎浴?/section>
關(guān)斷損耗:無公式,但存在。

對于低電壓輸出的開關(guān)電源,二極管的最大損耗是導通損耗。
6、功率二極管的選擇原則與步驟 

選擇原則


1、根據(jù)電源規(guī)格,設(shè)計的工作頻率等,合理選擇:
-- 高電壓應(yīng)用,當選用快恢復和超快恢復二極管;

-- 15V 以下電源中的輸出整流二極管應(yīng)盡可能選蕭特基;


2、選擇時,如工作電流較大,則在相同的器件額定參數(shù)下,
-- 應(yīng)盡可能選擇正向?qū)妷盒〉亩O管;
-- 應(yīng)盡可能選擇反響恢復快或軟恢復的二極管;

-- 應(yīng)盡可能選擇蕭特基二極管。


選擇步驟


1、根據(jù)電源規(guī)格,計算所選變換器中二極管的穩(wěn)態(tài)參數(shù):
-- 反向阻斷電壓最大值;

-- 最大的正向電流平均值;


2、從器件商的DATASHEET 中選擇合適的二極管,可多選一些以便實驗時比較;


3、從所選的二極管的其它參數(shù),如正向通態(tài)壓降,反向恢復時間等等,估算其工作時的最大損耗,與其它元器件的損耗一起,估算變換器的效率;


4、由實驗選擇最終的二極管器件。

來源:電源研發(fā)精英圈

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