資料介紹
??1、 功率二極管的基本特性
??圖1(a)和圖1(b)所示為功率二極管的電路符號和靜態(tài)伏安特性。我們已經(jīng)知道,當(dāng)二極管處在正向電壓作用下,管子兩端正偏壓很?。s1V左右)時(shí)便開始導(dǎo)通;若二極管兩端加以反向電壓時(shí),在被擊穿前僅有極小的可忽略不計(jì)的泄漏電流流過器件;正常工作時(shí),加在二極管上的反向電壓應(yīng)小于擊穿限定電壓值。
??根據(jù)二極管在阻斷狀態(tài)(反向電壓下)時(shí)僅有極小的漏電流和在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)管壓降很低的特點(diǎn),比較其工作過程中的電壓和電流的變化,我們可以得到它的理想伏安特性,如圖1(c)所示。該理想特性可用于換流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理分析。但是在要求有二極管精確模型的電路分析或?qū)嶋H換流器的設(shè)計(jì)中(例如,當(dāng)估算器件的散熱條件時(shí),必須知道管子的正向壓降,盡管該參數(shù)值可能很?。?,常用另一種理想特性表示,如圖2(a)所示,對應(yīng)的等效電路如圖2(b)。圖2(b)中E代表二極管的正向?qū)ㄆ珘海?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電阻RD表示正向?qū)〞r(shí)的等效電阻。作為基礎(chǔ)性原理介紹,在以后的電路分析中涉及二極管時(shí),我們均采用理想特性圖1(c)進(jìn)行簡化替代。
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??由于二極管的導(dǎo)通速度相對電力電路的暫態(tài)變化過程來說要快得多,因此可把二極管看成理想開關(guān)。但是在其關(guān)斷過程中,由于半導(dǎo)體PN結(jié)需要進(jìn)行反向充電,以便與阻斷電壓相平衡,二極管中的電流會反向流動,并持續(xù)一段時(shí)間后才衰減為0,這段時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間trr,如圖3所示。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致含有電感的電路發(fā)生過電壓,但在多數(shù)工頻整流電路中,它對換流器的換相工作特性影響不大;因此,在二極管關(guān)斷的瞬間仍然可以把它看成是理想開關(guān)。
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??按照實(shí)際應(yīng)用的要求,可選擇以下不同類型的功率二極管。
??(1)肖特基二極管。與常用的PN結(jié)整流二極管不同,它是單極性二極管,因此不受充電過程和反向恢復(fù)時(shí)間trr(一般略為幾十納秒)的影響。從器件結(jié)構(gòu)而言,在降低正向管壓降和增大反向漏電流間取其折中結(jié)果,它適用于較低輸出電壓和要求有較低正向管壓降(典型值為0.3V)的換流器電路。這種二極管的反向阻斷電壓水平在50~100V之間。
??(2)快速恢復(fù)二極管。用于與可控開關(guān)配合的高頻電路中。這些電路要求很小的反向恢復(fù)時(shí)間,例如,在數(shù)百伏電壓和上百安培電流條件下,其trr應(yīng)小于幾個(gè)微秒。
??(3)工頻二極管。其導(dǎo)通態(tài)正向壓降很低,但反向恢復(fù)時(shí)間較長,這在工頻電路中是可以接受的,它適用于反向阻斷電壓數(shù)千伏和工作電流數(shù)千安的大容量換流器。從理論上講,可通過這種二極管的串、并聯(lián)滿足任意電壓和電流數(shù)值的要求。
??2、 二極管的基本應(yīng)用。
??(1)整流 利用二極管正偏時(shí)導(dǎo)通、反偏時(shí)截止的不對稱非線性特性(見圖1b)實(shí)現(xiàn)整流變換,如圖4(a)所示,這是二極管最基本的應(yīng)用。
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??(2)續(xù)流 用做續(xù)流二極管,如圖4(b)所示。當(dāng)開關(guān)S切斷電感電路時(shí),為防止電感產(chǎn)生很高的反電動勢e=L*di/dt,而損壞設(shè)備,接入一個(gè)二極管D,使電感電流有一個(gè)繼續(xù)流動的回路,使開關(guān)S在關(guān)斷時(shí)其兩端電壓不超過電源電壓Us,避免了因電感斷流而在開關(guān)器件兩端出現(xiàn)高壓。
??(3)限幅 當(dāng)輸入信號電壓Us變化范圍很大時(shí),為了使信號電壓的幅值能夠限制在某個(gè)范圍之內(nèi),可采用圖4(c)所示的二極管限幅電路。設(shè)二極管閾值電壓為Uth,當(dāng)UsUth時(shí),二極管導(dǎo)通,二極管電壓被限制為正向?qū)妷骸R粋€(gè)硅管約為0.7V,一個(gè)鍺管約為0.3V。幾個(gè)二極管串聯(lián)可得到不同的限幅值。
??(4)鉗位 圖4(d)中 負(fù)載電阻RL改變時(shí),只要二極管D處于正偏導(dǎo)通狀態(tài);則輸出端電壓Uo將等于電源電壓UG加二極管正向電壓降UF,Uo=UG+UF,而與負(fù)載無關(guān)。即Uo被鉗位到UG+UF。當(dāng)然要保持二極管總是處于正偏導(dǎo)通狀態(tài),RL不能過小,RL太小時(shí)流過R上的電流過大、R上的電壓降太大以致(E=R*I)
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