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            解析整流二極管技術知識
            發布時間:2017-08-22    閱覽次數:1810 次  
                 整流二極管
             
                一種將交流電能轉變為直流電能的半導體器件。通常它包含一個PN結,有正極和負極兩個端子。二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出。
             
                概述
             
                整流二極管(rectifierdiode)一種用于將交流電轉變為直流電的半導體器件。二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出。通常它包含一個PN結,有正極和負極兩個端子。其結構如圖所示。P區的載流子是空穴,N區的載流子是電子,在P區和N區間形成一定的位壘。外加電壓使P區相對N區為正的電壓時,位壘降低,位壘兩側附近產生儲存載流子,能通過大電流,具有低的電壓降(典型值為0。7V),稱為正向導通狀態。若加相反的電壓,使位壘增加,可承受高的反向電壓,流過很小的反向電流(稱反向漏電流),稱為反向阻斷狀態。整流二極管具有明顯的單向導電性。整流二極管可用半導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高,反向漏電流小,高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(摻雜較多時容易反向擊穿)。這種器件的結面積較大,能通過較大電流(可達上千安),但工作頻率不高,一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路,如需達到全波整流需連成整流橋使用。
             
                選用

                整流二極管,圖上有銀色圈一端是負極
             
                整流二極管,圖上有銀色圈一端是負極
             
                整流二極管一般為平面型硅二極管,用于各種電源整流電路中。
             
                選用整流二極管時,主要應考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復時間等參數。
             
                普通串聯穩壓電源電路中使用的整流二極管,對截止頻率的反向恢復時間要求不高,只要根據電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。例如,1N系列、2CZ系列、RLR系列等。
             
                開關穩壓電源的整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管,應選用工作頻率較高、反向恢復時間較短的整流二極管(例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等)或選擇快恢復二極管。還有一種肖特基整流二極管。
             
                特性
             
                整流二極管是利用PN結的單向導電特性,把交流電變成脈動直流電。整流二極管漏電流較大,多數采用面接觸性料封裝的二極管。整流二極管的外形如圖1所示,另外,整流二極管的參數除前面介紹的幾個外,還有最大整流電流,是指整流二極管長時間的工作所允許通過的最大電流值。它是整流二極管的主要參數,是選項用整流二極管的主要依據。
             
             
                常用參數
             
                (1)最大平均整流電流IF:指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結的結面積和散熱條件決定。使用時應注意通過二極管的平均電流不能大于此值,并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。
             
                (2)最高反向工作電壓VR:指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值,則反向電流(IR)劇增,二極管的單向導電性被破壞,從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電壓(VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V,1N4002-1n4006分別為100V、200V、400V、600V和800V,1N4007的VR為1000V
             
                (3)最大反向電流IR:它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流,此參數反映了二極管單向導電性能的好壞。因此這個電流值越小,表明二極管質量越好。
             
                (4)擊穿電壓VB:指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點的電壓值。反向為軟特性時,則指給定反向漏電流條件下的電壓值。
             
                (5)最高工作頻率fm:它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結的結電容及擴散電容決定,若工作頻率超過fm,則二極管的單向導電性能將不能很好地體現。例如1N4000系列二極管的fm為3kHz。另有快恢復二極管用于頻率較高的交流電的整流,如開關電源中。
             
                (6)反向恢復時間trr:指在規定的負載、正向電流及最大反向瞬態電壓下的反向恢復時間。
             
                (7)零偏壓電容CO:指二極管兩端電壓為零時,擴散電容及結電容的容量之和。值得注意的是,由于制造工藝的限制,即使同一型號的二極管其參數的離散性也很大。手冊中給出的參數往往是一個范圍,若測試條件改變,則相應的參數也會發生變化,例如在25°C時測得1N5200系列硅塑封整流二極管的IR小于10uA,而在100°C時IR則變為小于500uA。
             
                損壞原因
             
                (1)防雷、過電壓保護措施不力。整流裝置末設置防雷、過電壓保護裝置,即使設置了防雷、過電壓保護裝置,但其工作不可靠,因雷擊或過電壓而損壞整流管。
             
                (2)運行條件惡劣。間接傳動的發電機組,因轉速之比的計算不正確或兩皮帶盤直徑之比不符合轉速之比的要求,使發電機長期處于高轉速下運行,而整流管也就長期處于較高的電壓下工作,促使整流管加速老化,并被過早地擊穿損壞。
             
                (3)運行管理欠佳。值班運行人員工作不負責任,對外界負荷的變化(特別是在深夜零點至第二天上午6點之間)不了解,或是當外界發生了甩負荷故障,運行人員沒有及時進行相應的操作處理,產生過電壓而將整流管擊穿損壞。
             
                (4)設備安裝或制造質量不過關。由于發電機組長期處于較大的振動之中運行,使整流管也處于這一振動的外力干擾之下;同時由于發電機組轉速時高時低,使整流管承受的工作電壓也隨之忽高忽低地變化,這樣便大大地加速了整流管的老化、損壞。
             
                (5)整流管規格型號不符。更換新整流管時錯將工作參數不符合要求的管子換上或者接線錯誤,造成整流管擊穿損壞。
             
                (6)整流管安全裕量偏小。整流管的過電壓、過電流安全裕量偏小,使整流管承受不起發電機勵磁回路中發生的過電壓或過電流暫態過程峰值的襲擊而損壞。
             
                代換
             
                整流二極管損壞后,可以用同型號的整流二極管或參數相同其它型號整流二極管代換。
             
                通常,高耐壓值(反向電壓)的整流二極管可以代換低耐壓值的整流二極管,而低耐壓值的整流二極管不能代換高耐壓值的整流二極管。整流電流值高的二極管可以代換整流電流值低的二極管,而整流電流值低的二極管則不能代換整流電流值高的二極管。
             
                檢查方法
             
                首先將整流器中的整流二極管全部拆下,用萬用表的100×R或1000×R歐姆檔,測量整流二極管的兩根引出線(頭、尾對調各測一次)。若兩次測得的電阻值相差很大,例如電阻值大的高達幾百KΩ到無窮大,而電阻值小的僅幾百Ω甚至更小,說明該二極管是好的(發生了軟擊穿的二極管除外)。若兩次測得的電阻值幾乎相等,而且電阻值很小,說明該二極管已被擊穿損壞,不能使用。如果兩次測量的阻值都是無窮大,說明此二極管已經內部斷開,不能使用。
             
                常用型號
             
                二極管型號,用途,最高反向工作電壓VR,最大平均整流電流IF
             
                1N4001硅整流二極管50V,1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)
             
                1N4002硅整流二極管100V,1A,
             
                1N4003硅整流二極管200V,1A,
             
                1N4004硅整流二極管400V,1A,
             
                1N4005硅整流二極管600V,1A,
             
                1N4006硅整流二極管800V,1A,
             
                1N4007硅整流二極管1000V,1A,
             
                1N4148硅開關二極管75V,4PF,Ir=25nA,Vf=1V,
             
                1N5391硅整流二極管50V,1。5A,(Ir=10uA,Vf=1。4V,Ifs=50A)
             
                1N5392硅整流二極管100V,1。5A,
             
                1N5393硅整流二極管200V,1。5A,
             
                1N5394硅整流二極管300V,1。5A,
             
                1N5395硅整流二極管400V,1。5A,
             
                1N5396硅整流二極管500V,1。5A,
             
                1N5397硅整流二極管600V,1。5A,
             
                1N5398硅整流二極管800V,1。5A,
             
                1N5399硅整流二極管1000V,1。5A,
             
                1N5400硅整流二極管50V,3A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)
             
                1N5401硅整流二極管100V,3A,
             
                1N5402硅整流二極管200V,3A,
             
                1N5403硅整流二極管300V,3A,
             
                1N5404硅整流二極管400V,3A,
             
                1N5405硅整流二極管500V,3A,
             
                1N5406硅整流二極管600V,3A,
             
                1N5407硅整流二極管800V,3A,
             
                1N5408硅整流二極管1000V,3A,
             
                1S1553硅開關二極管70V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
             
                1S1554硅開關二極管55V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
             
                1S1555硅開關二極管35V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
             
                1S2076硅開關二極管35V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
             
                1S2076A硅開關二極管70V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,60V,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
             
                1S2471硅開關二極管80V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
             
                1S2471B硅開關二極管90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,
             
                1S2471V硅開關二極管90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,
             
                1S2472硅開關二極管50V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
             
                1S2473硅開關二極管35V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤3PF,
             
                1S2473H硅開關二極管40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,
             
                2AN1二極管5A,f=100KHz
             
                2CK100硅開關二極管40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,
             
                2CK101硅開關二極管70V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,
             
                2CK102硅開關二極管35V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,
             
                2CK103硅開關二極管20V,100mA,2PF,100ma,
             
                2CK104硅開關二極管35V,100mA,10nS,2PF,225ma,
             
                2CK105硅開關二極管35V,100mA,4nS,2PF,225ma,
             
                2CK106硅開關二極管75V,100mA,4nS,2PF,100ma,
             
                2CK107硅開關二極管90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,
             
                2CK108硅開關二極管70V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
             
                2CK109硅開關二極管35V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
             
                2CK110硅開關二極管90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,
             
                2CK111硅開關二極管55V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
             
                2CK150硅開關二極管15V,Ir≤25nA,Vf≤1。2V,≤2PF,
             
                2CK161硅開關二極管15V,Ir≤25nA,Vf≤1。2V,≤2PF,
             
                2CK4148硅開關二極管75V,Ir≤25nA,Vf=1V,4PF,
             
                2CK2076硅開關二極管35V,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
             
                2CK2076A硅開關二極管60V,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
             
                2CK2471硅開關二極管80V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
             
                2CK2472硅開關二極管50V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
             
                2CK2473硅開關二極管35V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤3PF,
             
                2CN1A硅二極管400V,1A,f=100KHz,
             
                2CN1B硅二極管100V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3D硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3E硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3F硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3G硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3H硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3I硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN3K硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CN4D硅二極管V,1。5A,f=100KHz,
             
                2CN5D硅二極管V,1。5A,f=100KHz,
             
                2CN6硅二極管V,1A,f=100KHz,
             
                2CP1553硅二極管Ir≤0。5uA,Vf≤1。4V,≤3。5PF,
             
                2CP1554硅二極管Ir≤0。5uA,Vf≤1。4V,≤3。5PF,
             
                2CP1555硅二極管Ir≤0。5uA,Vf≤1。4V,≤3。5PF,[1]
             
                高頻整流二極管的特性與參數
             
                開關電源中的整流二極管必須具有正向壓降低、快速恢復的特點,還應具有足夠大的輸出功率,可以采用以下三種類型的整流二極管:快速恢復整流二極管;超快速恢復整流二極管;肖特基整流二極管??焖倩謴秃统旎謴驼鞫O管具有適中的和較高的正向電壓降,其范圍是從0。8~1。2V。這兩種整流二極管還具有較高的截止電壓參數。因此,它們特別適合于在小功率的、輸出電壓在12V左右的輔助電源電路中使用。
             
                由于現代的開關電源工作頻率都在20kHz以上,比起一般的整流二極管,快速恢復整流二極管和超快速恢復整流二極管的反向恢復時間莎Ⅱ減小到了毫微秒級,因此,大大提高了電源的效率。據經驗,在選擇快速恢復整流二極管時,其反向恢復時間至少應該是開關晶體管的上升時間的1/3。這兩種整流二極管還減少了開關電壓尖峰,而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的紋波。另外,雖然某些稱為軟恢復型整流二極管的噪聲較小,但是它們的反向恢復時間較長,反向電流也較大,因而使得開關損耗增大,并不能滿足開關電源的工作要求。
             
                快速恢復整流二極管和超快恢復整流二極管在開關電源中作為整流器件使用時是否需要散熱器,要根據電路的最大功率來決定。一般情況下,這些二極管在制造時允許的結溫在175℃,生產廠家對該指標都有技術說明,以提供給設計者去計算最大的輸出工作電流、電壓及外殼溫度等。肖特基整流二極管即使在大的正向電流作用下,其正向壓降也很低,僅有0。4V左右,而且,隨著結溫的增加,其正向壓降更低,因此,使得肖特基整流二極管特別適用于5V左右的低電壓輸出電路中。肖特基整流二極管的反向恢復時間是可以忽略不計的,因為此器件是多數載流子半導體器件,在器件的開關過程中,沒有清除少數載流子存貯電荷的問題。
             
                肖特基整流二極管有兩大缺點:其一,反向截止電壓的承受能力較低,目前的產品大約為100V;其二,反向漏電流較大,使得該器件比其他類型的整流器件更容易受熱擊穿。當然,這些缺點也可以通過增加瞬時過電壓保護電路及適當控制結溫來克服。表示出了典型的高速整流二極管的特性與參數。

            沈君梅

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