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二極管選型的關鍵要素

1
正(zhèng)向(xiàng)導通壓降

壓降二(èr)極管的電流流過負(fù)載以後相對於同(tóng)一參(cān)考點的(de)電勢(電位)變化稱為電壓降,簡稱壓降。

導通壓降:二極管開始導通(tōng)時對應的電壓。

正向(xiàng)特性:在二極管外加正向電(diàn)壓時,在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服(fú)PN結內電場的阻擋作用,正向電流(liú)幾乎為零。當正向電壓大到足以克服PN結電場時,二極管正向導通,電流隨電壓增大而迅速上升。

反向特(tè)性:外(wài)加反向電壓不(bú)超過(guò)一定範圍時,通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由於反向電(diàn)流很小(xiǎo),二極管處於截止狀態。反向電壓增大到一定程度(dù)後(hòu),二極管反向擊穿。

在二極管兩端(duān)加正向偏置電壓時,其內部電場區域變窄,可以有較大的正向(xiàng)擴散電流通過PN結。隻有(yǒu)當正向電壓(yā)達到某一(yī)數值(這一數值(zhí)稱為“門檻電壓”,鍺(zhě)管約為0.2V,矽管(guǎn)約為0.6V)以後,二極管才能真正導通。但二極管的導通壓降是恒定不變的嗎(ma)?它(tā)與正向擴散電流又存在什麽樣的關(guān)係?通過下圖1的測試電路在常溫下對型(xíng)號為SM360A的二極管進行導通電流與導通壓降的關係測試,可得到如(rú)圖2所(suǒ)示的曲線關係:正向導通壓(yā)降與導通電流成(chéng)正比,其浮動壓差(chà)為(wéi)0.2V。從(cóng)輕載(zǎi)導通(tōng)電(diàn)流到額(é)定導(dǎo)通電流的壓差雖僅為0.2V,但對於功率二極管來說它不僅影響效率也影響二(èr)極管(guǎn)的溫升,所以在價格條件允許下,盡量選擇導通壓降小、額(é)定工作電流較實際電(diàn)流高一倍的二極管。

在我們開發產品的過程中,高低溫環境對電子元(yuán)器件的影響才是產品穩定工作的最(zuì)大障礙。環境溫度對絕(jué)大部分(fèn)電子(zǐ)元器件的影響無疑(yí)是巨大的,二極管當然(rán)也不例(lì)外,在高低溫環境下通(tōng)過對SM360A的實測數據表1與圖3的關係曲線可知道:二極管的導通壓降與(yǔ)環境溫度(dù)成反(fǎn)比(bǐ)。在環境溫度為-45℃時雖導通壓降最(zuì)大,卻不影響二極(jí)管的穩定性,但在環境溫度為75℃時,外(wài)殼溫度卻已超過(guò)了(le)數據手冊給出的125℃,則該(gāi)二極管(guǎn)在75℃時就必須降額使用。這也(yě)是為什麽開關(guān)電源在某一個高溫點需要降額使(shǐ)用的因素(sù)之一。

2
額(é)定電流、最(zuì)大正向電流IF

額定電(diàn)流IF指二極管長期運行時,根據運行溫升折算出來的平均電流值。目前最大功率整流二極管的IF值可達1000A。

1.jpg

是指二極管(guǎn)長期連續工作(zuò)時,允許通過的最大正向平均電流值,其值與(yǔ)PN結麵積及外(wài)部散熱條件等有(yǒu)關。因為電流通過管子時會使管芯發熱,溫度(dù)上升,溫度(dù)超過容許限度(矽管(guǎn)為141左右(yòu),鍺管為90左右(yòu))時,就會(huì)使管芯過熱而損壞。所以在規定散熱條件下,二極管使用(yòng)中不要超過二極管最(zuì)大整流電流值。例如,常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。

3
最大平(píng)均整流電流Io

最大平均整流電流IO:在半波整流(liú)電路(lù)中,流過負(fù)載電阻(zǔ)的平均整流(liú)電流的(de)最大值。折算設計時非常重要的值。

4
最大浪湧電流IFSM

運行流過的過量的正向電流。不是正常(cháng)的電流,而是瞬間電流,這個值相當大。

5
最大反向峰值(zhí)電壓VRM

即使沒有反向電流,隻要不斷地提高反向電壓,遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓,不是瞬(shùn)時電壓,而是反複加上(shàng)的正反向電壓。因給整流器(qì)加的是交流電壓(yā),它的最(zuì)大值是規定的(de)重要因子。最大反向(xiàng)峰值(zhí)電壓(yā)VRM指為避免擊穿所能加的(de)最大反(fǎn)向電壓。目(mù)前最高的VRM值可達幾千伏

6
最(zuì)大反向(xiàng)電壓(yā)VR

上述最大反向(xiàng)峰值電壓是反(fǎn)複加上的峰值(zhí)電壓,VR是連續加直流電壓的值。用於直流電流,最大直流(liú)反向電壓對於確定允許值和上限值(zhí)是很重要的。

7
最高工作(zuò)頻率fM

由(yóu)於PN結的(de)結電容存在,當工作頻率超過某一值時,它的單向導電性將變差。點接觸式二極管的fM值較高,在100MHz以(yǐ)上(shàng);整流二極管的fM較低,一般不高於幾千Hz。

8
反向恢複時間Trr

當正向工作電壓(yā)從正向電壓變成反向電壓時(shí),二極管工作的理(lǐ)想情(qíng)況是電流能瞬時截止。實際上,一(yī)般要延遲一點點(diǎn)時間。決定(dìng)電流截止延時的量,就是反向恢(huī)複時間。

2.jpg

9
最(zuì)大功率P

二極管中有電流流過,就(jiù)會吸熱,而使(shǐ)自身溫度升高。最大功(gōng)率P為功(gōng)率的最大值。具體(tǐ)講就(jiù)是加載二極管兩(liǎng)端的電壓乘以流過的電流。這個極限參數對穩壓二極管,可(kě)變電阻二極管顯得特別重要。

10
反向飽和(hé)漏電(diàn)流IR

指在二極管兩端加入反向電壓時,流過(guò)二極管的電流,該(gāi)電流與半導(dǎo)體材料和溫度有關。在常(cháng)溫下,矽管(guǎn)的IR為nA(10-9A)級,鍺管的IR為mA(10-6A)級

11
降額(結溫降額)

降額可(kě)以提高產(chǎn)品可靠性,延長使用壽命(mìng),根據(jù)溫度降(jiàng)低10℃壽(shòu)命增加一倍的理論,下麵列出了不同額定結溫的管子最小降額結溫數據。

額定值TjM

125℃

150℃

175℃

200℃

降額後可使用的(de)TjM

110℃

135℃

160℃

185℃

12
安規

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