? ? ? ?③不能用控制信號來控制其通斷的電力電子器件,因此也就不需要驅動電路,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。這種器件只有兩個端子,其基本特性與普通二極管一樣,器件的導通和關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50年代初期就獲得了應用，當時也被稱為半導體整流器( 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,但其結構和原理簡單,工作可靠,所以直到現(xiàn)在,電力二極管仍然大量應用于許多電氣設備中,特別是快恢復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合具有不可替代的地位。
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? ? ? ?1、結構
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? ? ? ?電力二極管的基本結構和工作原理與普通二極管是一樣的,都是以半導體PN結為基礎的。電力二極管實際上是由一一個面積較大的PN結和兩根弓|線封裝組成的。圖2-1所示分別為電力:二極管的外形、結構和電氣圖形符號。二極管有兩個極,分別稱為陽極(或正極)A和陰極(或負極)K。
? ? ? ?(2)伏安特性
? ? ? ?電力二極管的主要特性是單向導電特性,即元件的陽極、陰極兩端加正向電壓時,便有電流通過,相當于短路;反之,其兩端加反向電壓,便沒有電流通過,相當于開路。其伏安特性如圖2-2所示。當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)定導通狀態(tài)。與正向電流p對應的電力二極管兩端的電壓Up即為其正向電壓降。當電力二極管承受反向電壓時,只有微小而數值恒定的反向漏電流。當外加反向電壓增加到某- -電壓時 (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,此時對應的電壓稱為反向擊穿電壓。
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? ? ? ?3、主要參數
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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)是指電力二極管長期運行時,在的管殼溫度(簡稱殼溫,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溫升高不會超過所允許的工作結溫(見主要參數④)。這也是標稱其額定電流的參數。而浪涌電流IfsM是指電力二極管所能承受的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。
? ? ? ?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)正向電流時對應的正向壓降。有時其參數表中也給出在溫度下流過某一瞬態(tài)正向大電 流時電力二極管的大瞬時正向壓降。
? ? ? ?③反向重復峰值電壓URRM是指對電力二極管所能重復施加的反向峰值電壓,通常是其雪崩擊穿電壓Ug的2/3。使用時應注意不要超過此值，否則將導致元件損壞。
? ? ? ?④工作結溫TM結溫 是指管芯PN結的平均溫度,用T表示。工作結溫是指在PN結不致?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。
? ? ? ?⑤反向恢復時間( trr )電流流過零點由正向轉換成反向,再由反向到規(guī)定的反向恢復電流L,值所需的時間,稱為反向恢復時間( trr) , 如圖2-3所示, Ip為正向電流, IRm為反向恢復電流。通常規(guī)定=0.1IpRMo當t=to時,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, I=0。然后二=極管上流過反向電流IR , Ip逐漸增大,在t= t2時,達到反向恢復電流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, IR=Ir。t~ tg所用的時間即為二極管的反向恢復時間。
? ? ?(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) , 多用于開關頻率不高( 1kHz以下)的整流電路中。反向恢復時間較長, 一般在5μs以上,這在開關頻率不高時并不重要,在參數表中甚至不列出這一參數。但其正向電流定額和反向電壓定額卻可以達到很高,分別可達數千安和數千伏以上。
? ? ? ?②快恢復二極管恢復 過程很短,特別是反向恢復過程很短( 一般在5μs以下)的二極管被稱為快恢復二極管( FRD , Fast Recovery Diode ) ,簡稱快速二極管。工藝上多采用了摻金措施,結構.上有的采用PN結結構,也有的采用對此加以改進的PiN結構。特別是采用外延型PiN結構的所謂的快恢復外延二極管( FRED , Fast Recovery EpitaxialDiodes ) , 反向恢復時間更短(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。不管是什么結構,快恢復二極管從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長,后者則在100ns以下,甚至達到20 ~ 30ns.③肖特基二極管以金 屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管,稱為肖特基勢壘二極管( SBD , Schottky Barrier Diode ) ,簡稱為肖特基二極管。與以PN結為基礎的電力二極管相比,其優(yōu)點在于:反向恢復時間短(10~40ns)、效率高。肖特基二極管在正向恢復過程中不會有明顯的電壓過沖,在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小,明顯低于快恢復二極管。因此,其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小。其弱點在于:當所能承受的反向耐壓提高時,其正向壓降也會高得不能滿足要求,因此多用于200V以下的低壓場合;反向漏電流較大且對溫度敏感,因此其反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略,而且須更嚴格地限制其工作溫度。
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? ? ? ?(5)檢測方法
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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、 負極多用色點表示,如用紅點或白點表示正極,另一端為負極。如果二極管上沒有任何標記,可用萬用表歐姆擋測出。將萬用表置于Rx100 (或Rx1k)擋,測量二極管兩極間的電阻值。如果黑、紅表筆對調兩次測量,電阻值均為02 ,說明此=極管已短路;如果黑、紅兩表筆對調兩次測量，電阻值均為無窮大,說明此二極管已開路。正常的二極管應該是正向電阻較小(通常為幾千歐) ,反向電阻很大。測得電阻值小時,萬用表表筆所接的是二極管的正極(指針式萬用表),另-極當然為負極(如圖2-4所示)。
? ? ? ?②二極管質量的檢測可以用萬用表對二極管的參數進行估測。
? ? ? ?●將萬用表置于Rx1k擋,測正、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很重要,對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。中國市電有效值為220V ,所以市電下電力二極管反向擊穿電壓應高于310V實際使用時還得留有余量,往往反向擊穿電壓達450V以上。
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? ? ? ?電力二極管反向擊穿電壓( UgR )簡單的檢測方法是用絕緣電阻表( 也稱搖表)進行檢測,方法如圖2-5所示。因為絕緣電阻表的內阻很大,流過二極管的電流很小,不必擔心燒毀=極管。圖2-5中萬用表置于直流500V擋。搖動絕緣電阻表時,絕緣電阻表產生的直流電壓將隨轉速的增加而增高,可以從電壓表的讀數知道電壓值。當搖動轉速較高時(達120r/min) ,二極管已進入反向擊穿狀態(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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