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二極管選型的關(guān)鍵要素

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正向?qū)▔航?/strong>

壓降二極管的電流流過(guò)負(fù)載以后相對(duì)于同一參考點(diǎn)的電勢(shì)(電位)變化稱為電壓降,簡(jiǎn)稱壓降。

導(dǎo)通壓降:二極管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓。

正向特性:在二極管外加正向電壓時(shí),在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的阻擋作用,正向電流幾乎為零。當(dāng)正向電壓大到足以克服PN結(jié)電場(chǎng)時(shí),二極管正向?qū)?,電流隨電壓增大而迅速上升。

反向特性:外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí),通過(guò)二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。反向電壓增大到一定程度后,二極管反向擊穿。

在二極管兩端加正向偏置電壓時(shí),其內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變窄,可以有較大的正向擴(kuò)散電流通過(guò)PN結(jié)。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門(mén)檻電壓”,鍺管約為0.2V,硅管約為0.6V)以后,二極管才能真正導(dǎo)通。但二極管的導(dǎo)通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴(kuò)散電流又存在什么樣的關(guān)系?通過(guò)下圖1的測(cè)試電路在常溫下對(duì)型號(hào)為SM360A的二極管進(jìn)行導(dǎo)通電流與導(dǎo)通壓降的關(guān)系測(cè)試,可得到如圖2所示的曲線關(guān)系:正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流成正比,其浮動(dòng)壓差為0.2V。從輕載導(dǎo)通電流到額定導(dǎo)通電流的壓差雖僅為0.2V,但對(duì)于功率二極管來(lái)說(shuō)它不僅影響效率也影響二極管的溫升,所以在價(jià)格條件允許下,盡量選擇導(dǎo)通壓降小、額定工作電流較實(shí)際電流高一倍的二極管。

在我們開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中,高低溫環(huán)境對(duì)電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對(duì)絕大部分電子元器件的影響無(wú)疑是巨大的,二極管當(dāng)然也不例外,在高低溫環(huán)境下通過(guò)對(duì)SM360A的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道:二極管的導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時(shí)雖導(dǎo)通壓降最大,卻不影響二極管的穩(wěn)定性,但在環(huán)境溫度為75℃時(shí),外殼溫度卻已超過(guò)了數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的125℃,則該二極管在75℃時(shí)就必須降額使用。這也是為什么開(kāi)關(guān)電源在某一個(gè)高溫點(diǎn)需要降額使用的因素之一。

2
額定電流、最大正向電流IF

額定電流IF指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),根據(jù)運(yùn)行溫升折算出來(lái)的平均電流值。目前最大功率整流二極管的IF值可達(dá)1000A。

1.jpg

是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí),允許通過(guò)的最大正向平均電流值,其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱,溫度上升,溫度超過(guò)容許限度(硅管為141左右,鍺管為90左右)時(shí),就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下,二極管使用中不要超過(guò)二極管最大整流電流值。例如,常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。

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最大平均整流電流Io

最大平均整流電流IO:在半波整流電路中,流過(guò)負(fù)載電阻的平均整流電流的最大值。折算設(shè)計(jì)時(shí)非常重要的值。

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最大浪涌電流IFSM

運(yùn)行流過(guò)的過(guò)量的正向電流。不是正常的電流,而是瞬間電流,這個(gè)值相當(dāng)大。

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最大反向峰值電壓VRM

即使沒(méi)有反向電流,只要不斷地提高反向電壓,遲早會(huì)使二極管損壞。這種能加上的反向電壓,不是瞬時(shí)電壓,而是反復(fù)加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓,它的最大值是規(guī)定的重要因子。最大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前最高的VRM值可達(dá)幾千伏

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最大反向電壓VR

上述最大反向峰值電壓是反復(fù)加上的峰值電壓,VR是連續(xù)加直流電壓的值。用于直流電流,最大直流反向電壓對(duì)于確定允許值和上限值是很重要的。

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最高工作頻率fM

由于PN結(jié)的結(jié)電容存在,當(dāng)工作頻率超過(guò)某一值時(shí),它的單向?qū)щ娦詫⒆儾?。點(diǎn)接觸式二極管的fM值較高,在100MHz以上;整流二極管的fM較低,一般不高于幾千Hz。

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反向恢復(fù)時(shí)間Trr

當(dāng)正向工作電壓從正向電壓變成反向電壓時(shí),二極管工作的理想情況是電流能瞬時(shí)截止。實(shí)際上,一般要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間。決定電流截止延時(shí)的量,就是反向恢復(fù)時(shí)間。

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9
最大功率P

二極管中有電流流過(guò),就會(huì)吸熱,而使自身溫度升高。最大功率P為功率的最大值。具體講就是加載二極管兩端的電壓乘以流過(guò)的電流。這個(gè)極限參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓二極管,可變電阻二極管顯得特別重要。

10
反向飽和漏電流IR

指在二極管兩端加入反向電壓時(shí),流過(guò)二極管的電流,該電流與半導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。在常溫下,硅管的IR為nA(10-9A)級(jí),鍺管的IR為mA(10-6A)級(jí)

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降額(結(jié)溫降額)

降額可以提高產(chǎn)品可靠性,延長(zhǎng)使用壽命,根據(jù)溫度降低10℃壽命增加一倍的理論,下面列出了不同額定結(jié)溫的管子最小降額結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)。

額定值TjM

125℃

150℃

175℃

200℃

降額后可使用的TjM

110℃

135℃

160℃

185℃

12
安規(guī)

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