? ? ? ?③不能用控制信號(hào)來控制其通斷的電力電子器件,因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路,這就是電力二極管( Power Diode).電力二極管又被稱為不可控功率器件。這種器件只有兩個(gè)端子,其基本特性與普通二極管一樣,器件的導(dǎo)通和關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。
二、電力二極管
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? ? ? ?電力二極管( Power Diode )自20世紀(jì)50年代初期就獲得了應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器( SR , Semiconductor Rectifier ) , 并開始逐步取代以前的汞弧整流器。雖然是不可控器件,但其結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單,工作可靠,所以直到現(xiàn)在,電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中,特別是快恢復(fù)二極管和肖特基二極管,仍分別在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整流的場(chǎng)合具有不可替代的地位。
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? ? ? ?1、結(jié)構(gòu)
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? ? ? ?電力二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通二極管是一樣的,都是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的。電力二極管實(shí)際上是由一一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩根弓|線封裝組成的。圖2-1所示分別為電力:二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)。二極管有兩個(gè)極,分別稱為陽極(或正極)A和陰極(或負(fù)極)K。
? ? ? ?(2)伏安特性
? ? ? ?電力二極管的主要特性是單向?qū)щ娞匦?即元件的陽極、陰極兩端加正向電壓時(shí),便有電流通過,相當(dāng)于短路;反之,其兩端加反向電壓,便沒有電流通過,相當(dāng)于開路。其伏安特性如圖2-2所示。當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值(門檻電壓Uro) , 正向電流才開始明顯增加,處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流p對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓Up即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí),只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。當(dāng)外加反向電壓增加到某- -電壓時(shí) (常稱擊穿電壓) ,反向電流突然增大,這種現(xiàn)象稱為反向擊穿,此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓。
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? ? ? ?3、主要參數(shù)
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? ? ? ?①正向平均電流If (AV)與浪涌電流IFsM正向平均電流IF( AV)是指電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),在的管殼溫度(簡(jiǎn)稱殼溫,用T表示)和散熱條件下，其允許流過的工頻正弦半波電流的平均值。在此電流下,因管子的正向壓降引起的損耗造成的結(jié)溫升高不會(huì)超過所允許的工作結(jié)溫(見主要參數(shù)④)。這也是標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。而浪涌電流IfsM是指電力二極管所能承受的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流。
? ? ? ?②正向壓降Up是 指電力二極管在溫度下,流過某一的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。有時(shí)其參數(shù)表中也給出在溫度下流過某一瞬態(tài)正向大電 流時(shí)電力二極管的大瞬時(shí)正向壓降。
? ? ? ?③反向重復(fù)峰值電壓URRM是指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向峰值電壓,通常是其雪崩擊穿電壓Ug的2/3。使用時(shí)應(yīng)注意不要超過此值，否則將導(dǎo)致元件損壞。
? ? ? ?④工作結(jié)溫TM結(jié)溫 是指管芯PN結(jié)的平均溫度,用T表示。工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提“下所能承受的平均溫度,用Tμ表示。Tm通常在125 ~ 175°C范圍內(nèi)。
? ? ? ?⑤反向恢復(fù)時(shí)間( trr )電流流過零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換成反向,再由反向到規(guī)定的反向恢復(fù)電流L,值所需的時(shí)間,稱為反向恢復(fù)時(shí)間( trr) , 如圖2-3所示, Ip為正向電流, IRm為反向恢復(fù)電流。通常規(guī)定=0.1IpRMo當(dāng)t=to時(shí),由于加在二極管上的正向電壓突然變成反向電壓,因此正向電流突然降低，并在t=t1時(shí), I=0。然后二=極管上流過反向電流IR , Ip逐漸增大,在t= t2時(shí),達(dá)到反向恢復(fù)電流IRM。此后二極管受正電壓的作用,反向電流逐漸減小,在t=tg時(shí), IR=Ir。t~ tg所用的時(shí)間即為二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。
? ? ?(4)主要類型
? ? ? ?①普通二二極管普通二極管 ( GeneralPurpose Diode )又稱整流二極管( RectiferDiode) , 多用于開關(guān)頻率不高( 1kHz以下)的整流電路中。反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng), 一般在5μs以上,這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要,在參數(shù)表中甚至不列出這一參數(shù)。但其正向電流定額和反向電壓定額卻可以達(dá)到很高,分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。
? ? ? ?②快恢復(fù)二極管恢復(fù) 過程很短,特別是反向恢復(fù)過程很短( 一般在5μs以下)的二極管被稱為快恢復(fù)二極管( FRD , Fast Recovery Diode ) ,簡(jiǎn)稱快速二極管。工藝上多采用了摻金措施,結(jié)構(gòu).上有的采用PN結(jié)結(jié)構(gòu),也有的采用對(duì)此加以改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)。特別是采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的所謂的快恢復(fù)外延二極管( FRED , Fast Recovery EpitaxialDiodes ) , 反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50ns) ,正向壓降也很低( 0.9V左右) , 但其反向耐壓多在1200V以下。不管是什么結(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng),后者則在100ns以下,甚至達(dá)到20 ~ 30ns.③肖特基二極管以金 屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管,稱為肖特基勢(shì)壘二極管( SBD , Schottky Barrier Diode ) ,簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。與以PN結(jié)為基礎(chǔ)的電力二極管相比,其優(yōu)點(diǎn)在于:反向恢復(fù)時(shí)間短(10~40ns)、效率高。肖特基二極管在正向恢復(fù)過程中不會(huì)有明顯的電壓過沖,在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小,明顯低于快恢復(fù)二極管。因此,其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小。其弱點(diǎn)在于:當(dāng)所能承受的反向耐壓提高時(shí),其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求,因此多用于200V以下的低壓場(chǎng)合;反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感,因此其反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略,而且須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。
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? ? ? ?(5)檢測(cè)方法
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? ? ? ?電力二極管要求通過的電流較大、反向擊穿電壓高、工作頻率低、工作溫度較高(有的需要加裝散熱片)。其檢測(cè)方法也是比較典型的。
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? ? ? ?①二極管極性的判斷二極管的正、 負(fù)極多用色點(diǎn)表示,如用紅點(diǎn)或白點(diǎn)表示正極,另一端為負(fù)極。如果二極管上沒有任何標(biāo)記,可用萬用表歐姆擋測(cè)出。將萬用表置于Rx100 (或Rx1k)擋,測(cè)量二極管兩極間的電阻值。如果黑、紅表筆對(duì)調(diào)兩次測(cè)量,電阻值均為02 ,說明此=極管已短路;如果黑、紅兩表筆對(duì)調(diào)兩次測(cè)量，電阻值均為無窮大,說明此二極管已開路。正常的二極管應(yīng)該是正向電阻較小(通常為幾千歐) ,反向電阻很大。測(cè)得電阻值小時(shí),萬用表表筆所接的是二極管的正極(指針式萬用表),另-極當(dāng)然為負(fù)極(如圖2-4所示)。
? ? ? ?②二極管質(zhì)量的檢測(cè)可以用萬用表對(duì)二極管的參數(shù)進(jìn)行估測(cè)。
? ? ? ?●將萬用表置于Rx1k擋,測(cè)正、反向電阻值。
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? ? ? ?一般好的電力二極管正向電阻值為幾千歐至幾十千歐,反向電阻值為無窮大。
? ? ? ?●將萬用表置于Rx1k擋,電力二極管正向電阻值小于1kQ的多為高頻管。
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? ? ? ?二極管的反向擊穿電壓值參數(shù)很重要,對(duì)電力二極管來說更加重要。如果反向電壓超過此值,電力二極管將擊穿,電器也將因整流電路損壞而燒毀。中國(guó)市電有效值為220V ,所以市電下電力二極管反向擊穿電壓應(yīng)高于310V實(shí)際使用時(shí)還得留有余量,往往反向擊穿電壓達(dá)450V以上。
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? ? ? ?電力二極管反向擊穿電壓( UgR )簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法是用絕緣電阻表( 也稱搖表)進(jìn)行檢測(cè),方法如圖2-5所示。因?yàn)榻^緣電阻表的內(nèi)阻很大,流過二極管的電流很小,不必?fù)?dān)心燒毀=極管。圖2-5中萬用表置于直流500V擋。搖動(dòng)絕緣電阻表時(shí),絕緣電阻表產(chǎn)生的直流電壓將隨轉(zhuǎn)速的增加而增高,可以從電壓表的讀數(shù)知道電壓值。當(dāng)搖動(dòng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)(達(dá)120r/min) ,二極管已進(jìn)入反向擊穿狀態(tài)(軟擊穿狀態(tài),電流僅有1mA左右) , 直至萬用表上的電壓讀數(shù)不再增加為止,此電壓值就是二極管的反向擊穿電壓。
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