Меню

Как правильно выбрать диод по обратному напряжению

Выпрямители: Особенности выбора выпрямительных диодов

При выборе диодов выпрямителя необходимо учитывать целый набор факторов, определяемых: принципиальной схемой выпрямителя, частотой и величиной входного переменного напряжения, величинами напряжения и тока нагрузки, условиями эксплуатации (температура, влажность, устойчивость входного напряжения и т.п.), характером нагрузки (емкостная, индуктивная), наличием коммутационных перегрузок в цепи нагрузки, параметрами применяемого трансформатора и т.д.

В первую очередь необходимо рассчитать значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа, а также оценить среднее значение протекающего через них прямого тока (это можно сделать по приближенным формулам, приводимым в таб. 3.4-1). Полученные таким образом значения необходимо откорректировать в зависимости от характера нагрузки.

Таб. 3.4-1. Режимы работы диодов в различных выпрямителях

Режимы работы диодов в различных выпрямителях

При наличии активно-емкостной нагрузки (а это чаще всего именно так) амплитудное и действующее значения тока силовых диодов могут существенно превышать его расчетное среднее значение. Так, например, при допустимом уровне пульсаций на выходе порядка 0,1% в однофазном мостовом выпрямителе с емкостным фильтром амплитудное значение тока выпрямительных диодов может достигать \( <15>\cdot I_<пр ср max>\) . В целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева, необходимо ужесточить требования к максимальному прямому среднему току (\(I_<пр ср max>\)) применяемых диодов. Практически, для однополупериодного выпрямителя используется коэффициент 2,2, а для двухполупериодного 1,1 (т.е. используемые диоды должны иметь значение \(I_<пр ср max>\) как минимум в 1,1 раза большее, чем это следует из значений, полученных по формулам из таб. 3.4-1).

Величина максимально допустимого повторяющегося обратного напряжения (\(U_<обр и п max>\)) используемых диодов также подвержена влиянию нагрузки (характер этого влияния может быть вычислен по формулам, приводимым далее). Во избежание ее превышения в начальный момент времени после включения выпрямителя и во время его работы (в т.ч. и на холостом ходу), силовые диоды должны выбираться с некоторым запасом и по этому параметру.

Опираясь на найденные значения \(I_<пр ср max>\) и \(U_<обр и п max>\) (не забывая также о предполагаемой частоте входного переменного напряжения), по таблицам справочных данных производят предварительный выбор силовых диодов. Немаловажное значение для характеристик выпрямителя имеет тип выбранных выпрямительных диодов. Напомним, что в качестве выпрямительных могут использоваться кремниевые, германиевые или арсенид-галлиевые диоды с \(p\)‑\(n\)‑переходом (в т.ч. лавинные диоды), а также кремниевые или арсенид-галлиевые диоды с переходом Шоттки.

Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10..20 лет назад. В настоящее время они практически полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и арсенид-галиевыми приборами. И только в некоторых довольно редких случаях немногие положительные свойства германиевых диодов могут обусловить их применение в выпрямителях. Основными свойствами германиевых диодов с \(p\)-\(n\)-переходом являются:

  • низкое прямое падение напряжения (на германиевом диоде при максимально допустимом прямом токе падение напряжения приблизительно в два раза меньше, чем на аналогичном кремниевом диоде), что является существенным, но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпрямительными диодами;
  • существование явно выраженного тока насыщения при обратном включении диода;
  • значительно большая величина обратного тока по сравнению с аналогичными кремниевыми диодами;
  • пробивное напряжение уменьшается с ростом температуры (большие обратные токи германиевых диодов являются причиной теплового характера их пробоя), а значение этого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых диодов.
  • верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет приблизительно 75 °C, что значительно ниже по сравнению с тем же параметром кремниевых диодов.
Читайте также:  Справочник микросхем стабилизаторы напряжения

Существенным недостатком германиевых диодов является то, что они плохо выдерживают даже кратковременные импульсные перегрузки по обратному напряжению. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим при шнуровании тока с выделением большой удельной мощности в месте пробоя.

Кремниевые выпрямительные диоды с \(p\)-\(n\)-переходом — это наиболее распространенный в настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей (однако они постепенно вытесняются более эффективными диодами с переходом Шоттки). Их основные свойства:

  • максимально допустимые прямые токи кремниевых диодов различных типов составляют 0,1. 1600 А, падение напряжения на диодах при этих токах не превышает обычно 1,5 В;
  • с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;
  • обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет ярко выраженного участка насыщения;
  • пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому пробивное напряжение с увеличением температуры увеличивается (для некоторых типов кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может составлять 1500. 2000 В);
  • диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен значениями –60. +125 °C.

Лавинный характер пробоя кремниевых диодов позволил создать такие приборы, которые безболезненно переносят многократные перегрузки по обратному напряжению — лавинные диоды. Если условия эксплуатации разрабатываемого выпрямителя очень тяжелы с точки зрения стабильности питающего напряжения или тока нагрузки (что возможно при коммутации различных емкостей и индуктивностей в цепях нагрузки), то применение лавинных диодов становится практически неизбежным. Они обеспечивают гашение кратковременных импульсов высокого напряжения, проникающих в выпрямитель из внешних цепей. Альтернативой использованию лавинных диодов может быть добавление в выпрямитель стабилитрона или ограничителя напряжения (см. раздел “Диоды в ограничителях напряжения”).

Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существенными преимуществами в свойствах и параметрах. С этой точки зрения, относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с \(p\)-\(n\)-переходом из арсенида галлия являются очень перспективными приборами. Параметры выпускаемых арсенид-галлиевых выпрямительных диодов пока еще далеки от теоретически возможных (например, для диодов типа АД112 максимально допустимый прямой ток равен всего 300 мА, а максимально допустимое обратное напряжение — 50 В), поэтому очевидно, что новые приборы такого типа будут значительно превосходить своих предшественников.

Читайте также:  Какие стабилизаторы напряжения лучше покупать

К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов следует отнести:

  • значительный диапазон рабочих температур (до 250 °C);
  • лучшие частотные свойства (арсенид-галлиевые диоды могут работать в качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц и выше);
  • повышенное (более 3 В) падение напряжения при прямом смещении.

Выпрямительные диоды с барьером Шоттки — наиболее перспективный вид полупроводниковых выпрямительных диодов. Они могут изготавливаться из кремния или арсенида галлия. Очевидно, что по мере совершенствования и удешевления технологии изготовления диоды с барьером Шоттки будут все более вытеснять выпрямительные диоды с \(p\)-\(n\)-переходом. Основными свойствами выпрямительных диодов Шоттки являются:

  • малое падение напряжения при прямом смещении (около 0,6 В);
  • большая максимально допустимая плотность тока, что связано как с меньшим падением напряжения на диоде, так и с особенностями его конструкции, обуславливающими хороший отвод тепла от выпрямляющего перехода;
  • способность выдерживать значительные перегрузки по току по сравнению с аналогичными диодами с \(p\)-\(n\)-переходом;
  • кремниевые и особенно арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют пока относительно маленькие значения пробивных напряжений (20. 70 В), но по мере совершенствования технологии их изготовления этот недостаток постепенно устраняется.

Источник

Как правильно выбрать диод по обратному напряжению

Как подобрать диод

Диоды используются в технике для различных целей: выпрямления, детектирования, развязки, и т.п. Они отличаются друг от друга целым рядом параметров. Подбор диода следует осуществлять в зависимости от требованиям к ним. Статьи по теме:

Вопрос «какие диски нужны для приставки sony playstation 1» — 2 ответа Инструкция
1 Независимо от того, для выполнения какой операции будет использоваться диод, при его выборе обязательно учтите такие основные параметры, как максимально допустимый прямой ток и обратное напряжение. Если импульсное значение прямого тока значительно превышает среднее, принимайте в расчет именно его, особенно, если диод является полупроводниковым.
2 Если необходимо выпрямлять токи значительной частоты, примите во внимание также быстродействие диода. Точечные полупроводниковые диоды обладают меньшей собственной емкостью, чем плоскостные, и поэтому выпрямляют токи значительной частоты. Но они очень маломощны. Тем же свойством, при значительно больших мощностях, обладают и диоды Шоттки.
3 Правильно выберите физический принцип работы выпрямителя. Если от диода требуется полное отсутствие обратного тока, но коэффициент полезного действия неважен, используйте электровакуумный диод. Он же хорош тем, что начинает выпрямлять при малом значении напряжения.
4 Купроксный выпрямитель также открывается при малом напряжении, но обладает очень большим обратным током, маломощен, а быстродействие его сравнительно мало. Используйте его для выпрямления малых переменных напряжений низкой частоты перед измерением.
5 Германиевый диод открывается при несколько большем напряжении, но и обратный ток у него меньше. Применяйте его, в частности, в детекторах амплитудно-модулированных сигналов.
6 У селенового выпрямителя велико напряжение открывания и мало допустимое обратное напряжение, поэтому для выпрямления значительных напряжений их соединяют последовательно. Заметный обратный ток позволяет исключить при этом выравнивающие резисторы. Такие выпрямители выдерживают кратковременные короткие замыкания, но при долгой работе выходят из строя без видимых причин. Применяйте такие приборы лишь в случаях, когда никакими другими диодами их заменить нельзя.
7 Кремниевые диоды сегодня являются самыми распространенными. Они почти вытеснили выпрямители других типов. Среди них можно подобрать прибор практически с любыми необходимыми параметрами. Старайтесь применять их во всех случаях, когда это возможно.
8 Определившись с требованиями к диоду, найдите подходящий по всем параметрам прибор в справочнике. Статьи по теме:

Читайте также:  Время от квадрата напряжения

Источник



Выбор полупроводниковых диодов

Основными исходными параметрами, по которым производится выбор диодов, являются среднее значение анодного тока Ia и амплитудное значение обратного напряжения Uam. Определив расчетом эти величины, по справочнику выбирают тип вентиля, для которого выполняются условия

где Ia макс доп – максимально допустимое среднее значение анодного тока вентиля данного типа;

Ua макс доп -максимально допустимое амплитудное значение обратного напряжения для вентиля данного типа.

В необходимых случаях следует учитывать влияние повышенной температуры окружающей среды, что обычно снижает допустимое обратное напряжение. Необходимые данные для учета влияния температуры приводятся в справочном листке на вентиль.

Большинство современных типов диодов изготавливается на основе германиевых и кремниевых кристаллов. При решении вопроса о выборе исходного материала следует иметь в виду, что кремниевые диоды могут работать при более высоких температурах, чем германиевые, и имеют значительно меньшую величину обратного тока.

Преимуществом германиевых вентилей следует считать меньшую величину прямого падения напряжения, что повышает к.п.д. выпрямителя, и несколько меньшую стоимость по сравнению с кремниевым.

При выборе мощных вентилей следует обращать внимание на условия их охлаждения. Способы охлаждения предусматриваются техническими условиями на вентили и весьма сильно влияют на допустимую величину анодного тока вентиля.

Пример. Для установки в выпрямительном блоке требуется выбрать полупроводниковый диод. Расчетом установлено, что при работе устройства максимальные электрические нагрузки на диод составят:

Пользуясь справочником [2] , для установки в схему выбираем диод типа КД203А со следующими основными параметрами:

Iа макс доп = 10 А;

Uа макс доп = 600 В.

Примечание. Выбранный диод имеет избыточный запас по допустимому прямому току Iа. Однако ближайший меньший номинал анодного тока составляет 5 А (диоды типа КД202). Такие диоды, хотя и способны работать в данной схеме, однако не обеспечивают достаточного запаса по току, поэтому их применение не может быть рекомендовано.

Источник