二極管的耗散功率解析

二極管是電子設計中最常見的器件之一。根據(jù)應用的場合，工程師們更關注二極管的類型、正向電流、反向耐壓和開關時間等。相對來說，耗散功率（Power Dissipation）也是同等重要。
　　眾所周知，二極管具有單線導電性。根據(jù)半導體材料，分為硅二極管和鍺二極管；據(jù)應用場合，分為整流二極管、檢波二極管、開關二極管和穩(wěn)壓二極管。
　　
　　
　　圖1 常見二極管
　　對于一些場合，比如電源整流，需要考慮耗散功率問題。耗散功率的定義：某一時刻電網(wǎng)元件或者全網(wǎng)有功輸入總功率與有功輸出總功率的差值。在線性條件下，導通的耗散功率計算比較簡單，PD=I2R，或者PD=U2/R。在開關狀態(tài)下，計算相對比較復雜。
　　二極管的耗散功率與允許的節(jié)溫有關，硅二極管允許的最大節(jié)溫是150℃，而鍺允許最大節(jié)溫85℃。半導體工作溫度是有限的，當實際的功率增大是，其節(jié)溫也將變大，當節(jié)溫達到150℃是，此時的功率就是最大的耗散功率。當然，耗散功率與封裝大小也有一定的關系，通常封裝大點的器件，其最大耗散功率也相對大點，最常見的就是大功率器件擁有大體積，大面積的散熱金屬面。
　　一個具體型號的二極管其耗散功率與測試條件有關，比如測試環(huán)境溫度和散熱條件。通常情況下，測試出來的最大耗散功率是在25℃下。隨著環(huán)境溫度的升高，其最大的耗散功率將減少，因為該條件下的導熱溫差變小，比如說在25℃下，某二極管耗散功率能達到1W，在75℃情況下，耗散功率可能變成0.4W。允許最大耗散功率與散熱條件有關，散熱條件越好，耗散功率越高，在同一環(huán)境溫度下，耗散功率為1W，加了散熱片之后，耗散功率可能變?yōu)?.7W。
　　表征散熱措施的一個參數(shù)是熱阻。熱阻反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。熱阻跟電子學里的電阻類似，都是反映“阻止能力”大小的參考量。熱阻越小，傳熱能力越強；反之，熱阻越大，傳熱能力越小。從類比的角度來看，熱量相當于電流，溫差相當于電壓，熱阻相當于電阻。其中，熱阻Rja：芯片的熱源結(jié)到周圍冷卻空氣的總熱阻，其單位是℃/W，表示在1W下，導熱兩端的溫差。
　　以1N4448HWS為例，查看其手機手冊，可知其熱特性如下：
　　
　　圖2 熱特性參數(shù)
　　從中可知，其耗散功率PD=200mW，熱阻為625℃/W，其中這兩個量是環(huán)境溫度25℃，焊在FR-4材質(zhì) PCB條件下測試的，如手冊說明Part mounted on FR-4 PC board with recommended layout 。
　　耗散功率與環(huán)境溫度有關，溫度越大，耗散功率越小，1N4448HWS耗散功率與環(huán)境溫度關系如下：
　　
　　圖3 耗散功率與環(huán)境溫度關系