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解析整流二极管技术知识
发布时间:2017-08-22    阅览次数:1639 次  
     整流二极管
 
    一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结,有正极和负极两个端子。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。
 
    概述
 
    整流二极管(rectifierdiode)一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。通常它包含一个PN结,有正极和负极两个端子。其结构如图所示。P区的载流子是空穴,N区的载流子是手机在线亚洲平台,在P区和N区间形成一定的位垒。外加电压使P区相对N区为正的电压时,位垒降低,位垒两侧附近产生储存载流子,能通过大电流,具有低的电压降(典型值为0。7V),称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加,可承受高的反向电压,流过很小的反向电流(称反向漏电流),称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高,反向漏电流小,高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容易反向击穿)。这种器件的结面积较大,能通过较大电流(可达上千安),但工作频率不高,一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路,如需达到全波整流需连成整流桥使用。
 
    选用

    整流二极管,图上有银色圈一端是负极
 
    整流二极管,图上有银色圈一端是负极
 
    整流二极管一般为平面型硅二极管,用于各种电源整流电路中。
 
    选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。
 
    普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。例如,1N系列、2CZ系列、RLR系列等。
 
    开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管,应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管(例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等)或选择快恢复二极管。还有一种肖特基整流二极管。
 
    特性
 
    整流二极管是利用PN结的单向导电特性,把交流电变成脉动直流电。整流二极管漏电流较大,多数采用面接触性料封装的二极管。整流二极管的外形如图1所示,另外,整流二极管的参数除前面介绍的几个外,还有最大整流电流,是指整流二极管长时间的工作所允许通过的最大电流值。它是整流二极管的主要参数,是选项用整流二极管的主要依据。
 
 
    常用参数
 
    (1)最大平均整流电流IF:指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值,并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。
 
    (2)最高反向工作电压VR:指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值,则反向电流(IR)剧增,二极管的单向导电性被破坏,从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V,1N4002-1n4006分别为100V、200V、400V、600V和800V,1N4007的VR为1000V
 
    (3)最大反向电流IR:它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流,此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小,表明二极管质量越好。
 
    (4)击穿电压VB:指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时,则指给定反向漏电流条件下的电压值。
 
    (5)最高工作频率fm:它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结电容及扩散电容决定,若工作频率超过fm,则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。另有快恢复二极管用于频率较高的交流电的整流,如开关电源中。
 
    (6)反向恢复时间trr:指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。
 
    (7)零偏压电容CO:指二极管两端电压为零时,扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的是,由于制造工艺的限制,即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围,若测试条件改变,则相应的参数也会发生变化,例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于10uA,而在100°C时IR则变为小于500uA。
 
    损坏原因
 
    (1)防雷、过电压保护措施不力。整流装置末设置防雷、过电压保护装置,即使设置了防雷、过电压保护装置,但其工作不可靠,因雷击或过电压而损坏整流管。
 
    (2)运行条件恶劣。间接传动的发电机组,因转速之比的计算不正确或两皮带盘直径之比不符合转速之比的要求,使发电机长期处于高转速下运行,而整流管也就长期处于较高的电压下工作,促使整流管加速老化,并被过早地击穿损坏。
 
    (3)运行管理欠佳。值班运行人员工作不负责任,对外界负荷的变化(特别是在深夜零点至第二天上午6点之间)不了解,或是当外界发生了甩负荷故障,运行人员没有及时进行相应的操作处理,产生过电压而将整流管击穿损坏。
 
    (4)设备安装或制造质量不过关。由于发电机组长期处于较大的振动之中运行,使整流管也处于这一振动的外力干扰之下;同时由于发电机组转速时高时低,使整流管承受的工作电压也随之忽高忽低地变化,这样便大大地加速了整流管的老化、损坏。
 
    (5)整流管规格型号不符。更换新整流管时错将工作参数不符合要求的管子换上或者接线错误,造成整流管击穿损坏。
 
    (6)整流管安全裕量偏小。整流管的过电压、过电流安全裕量偏小,使整流管承受不起发电机励磁回路中发生的过电压或过电流暂态过程峰值的袭击而损坏。
 
    代换
 
    整流二极管损坏后,可以用同型号的整流二极管或参数相同其它型号整流二极管代换。
 
    通常,高耐压值(反向电压)的整流二极管可以代换低耐压值的整流二极管,而低耐压值的整流二极管不能代换高耐压值的整流二极管。整流电流值高的二极管可以代换整流电流值低的二极管,而整流电流值低的二极管则不能代换整流电流值高的二极管。
 
    检查方法
 
    首先将整流器中的整流二极管全部拆下,用万用表的100×R或1000×R欧姆档,测量整流二极管的两根引出线(头、尾对调各测一次)。若两次测得的电阻值相差很大,例如电阻值大的高达几百KΩ到无穷大,而电阻值小的仅几百Ω甚至更小,说明该二极管是好的(发生了软击穿的二极管除外)。若两次测得的电阻值几乎相等,而且电阻值很小,说明该二极管已被击穿损坏,不能使用。如果两次测量的阻值都是无穷大,说明此二极管已经内部断开,不能使用。
 
    常用型号
 
    二极管型号,用途,最高反向工作电压VR,最大平均整流电流IF
 
    1N4001硅整流二极管50V,1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)
 
    1N4002硅整流二极管100V,1A,
 
    1N4003硅整流二极管200V,1A,
 
    1N4004硅整流二极管400V,1A,
 
    1N4005硅整流二极管600V,1A,
 
    1N4006硅整流二极管800V,1A,
 
    1N4007硅整流二极管1000V,1A,
 
    1N4148硅开关二极管75V,4PF,Ir=25nA,Vf=1V,
 
    1N5391硅整流二极管50V,1。5A,(Ir=10uA,Vf=1。4V,Ifs=50A)
 
    1N5392硅整流二极管100V,1。5A,
 
    1N5393硅整流二极管200V,1。5A,
 
    1N5394硅整流二极管300V,1。5A,
 
    1N5395硅整流二极管400V,1。5A,
 
    1N5396硅整流二极管500V,1。5A,
 
    1N5397硅整流二极管600V,1。5A,
 
    1N5398硅整流二极管800V,1。5A,
 
    1N5399硅整流二极管1000V,1。5A,
 
    1N5400硅整流二极管50V,3A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)
 
    1N5401硅整流二极管100V,3A,
 
    1N5402硅整流二极管200V,3A,
 
    1N5403硅整流二极管300V,3A,
 
    1N5404硅整流二极管400V,3A,
 
    1N5405硅整流二极管500V,3A,
 
    1N5406硅整流二极管600V,3A,
 
    1N5407硅整流二极管800V,3A,
 
    1N5408硅整流二极管1000V,3A,
 
    1S1553硅开关二极管70V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
 
    1S1554硅开关二极管55V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
 
    1S1555硅开关二极管35V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
 
    1S2076硅开关二极管35V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
 
    1S2076A硅开关二极管70V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,60V,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
 
    1S2471硅开关二极管80V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
 
    1S2471B硅开关二极管90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,
 
    1S2471V硅开关二极管90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,
 
    1S2472硅开关二极管50V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
 
    1S2473硅开关二极管35V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤3PF,
 
    1S2473H硅开关二极管40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,
 
    2AN1二极管5A,f=100KHz
 
    2CK100硅开关二极管40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,
 
    2CK101硅开关二极管70V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,
 
    2CK102硅开关二极管35V,150mA,250mW,8nS,3PF,450ma,
 
    2CK103硅开关二极管20V,100mA,2PF,100ma,
 
    2CK104硅开关二极管35V,100mA,10nS,2PF,225ma,
 
    2CK105硅开关二极管35V,100mA,4nS,2PF,225ma,
 
    2CK106硅开关二极管75V,100mA,4nS,2PF,100ma,
 
    2CK107硅开关二极管90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,
 
    2CK108硅开关二极管70V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
 
    2CK109硅开关二极管35V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
 
    2CK110硅开关二极管90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,
 
    2CK111硅开关二极管55V,100mA,300mW,3。5PF,300ma,
 
    2CK150硅开关二极管15V,Ir≤25nA,Vf≤1。2V,≤2PF,
 
    2CK161硅开关二极管15V,Ir≤25nA,Vf≤1。2V,≤2PF,
 
    2CK4148硅开关二极管75V,Ir≤25nA,Vf=1V,4PF,
 
    2CK2076硅开关二极管35V,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
 
    2CK2076A硅开关二极管60V,Ir≤1uA,Vf≤0。8V,≤1。8PF,
 
    2CK2471硅开关二极管80V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
 
    2CK2472硅开关二极管50V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤2PF,
 
    2CK2473硅开关二极管35V,Ir≤0。5uA,Vf≤1。2V,≤3PF,
 
    2CN1A硅二极管400V,1A,f=100KHz,
 
    2CN1B硅二极管100V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3D硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3E硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3F硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3G硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3H硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3I硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN3K硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CN4D硅二极管V,1。5A,f=100KHz,
 
    2CN5D硅二极管V,1。5A,f=100KHz,
 
    2CN6硅二极管V,1A,f=100KHz,
 
    2CP1553硅二极管Ir≤0。5uA,Vf≤1。4V,≤3。5PF,
 
    2CP1554硅二极管Ir≤0。5uA,Vf≤1。4V,≤3。5PF,
 
    2CP1555硅二极管Ir≤0。5uA,Vf≤1。4V,≤3。5PF,[1]
 
    高频整流二极管的特性与参数
 
    开关电源中的整流二极管必须具有正向压降低、快速恢复的特点,还应具有足够大的输出功率,可以采用以下三种类型的整流二极管:快速恢复整流二极管;超快速恢复整流二极管;肖特基整流二极管。快速恢复和超快恢复整流二极管具有适中的和较高的正向电压降,其范围是从0。8~1。2V。这两种整流二极管还具有较高的截止电压参数。因此,它们特别适合于在小功率的、输出电压在12V左右的辅助电源电路中使用。
 
    由于现代的开关电源工作频率都在20kHz以上,比起一般的整流二极管,快速恢复整流二极管和超快速恢复整流二极管的反向恢复时间莎Ⅱ减小到了毫微秒级,因此,大大提高了电源的效率。据经验,在选择快速恢复整流二极管时,其反向恢复时间至少应该是开关晶体管的上升时间的1/3。这两种整流二极管还减少了开关电压尖峰,而这种尖峰直接影响输出直流电压的纹波。另外,虽然某些称为软恢复型整流二极管的噪声较小,但是它们的反向恢复时间较长,反向电流也较大,因而使得开关损耗增大,并不能满足开关电源的工作要求。
 
    快速恢复整流二极管和超快恢复整流二极管在开关电源中作为整流器件使用时是否需要散热器,要根据电路的最大功率来决定。一般情况下,这些二极管在制造时允许的结温在175℃,生产厂家对该指标都有技术说明,以提供给设计者去计算最大的输出工作电流、电压及外壳温度等。肖特基整流二极管即使在大的正向电流作用下,其正向压降也很低,仅有0。4V左右,而且,随着结温的增加,其正向压降更低,因此,使得肖特基整流二极管特别适用于5V左右的低电压输出电路中。肖特基整流二极管的反向恢复时间是可以忽略不计的,因为此器件是多数载流子半导体器件,在器件的开关过程中,没有清除少数载流子存贮电荷的问题。
 
    肖特基整流二极管有两大缺点:其一,反向截止电压的承受能力较低,目前的产品大约为100V;其二,反向漏电流较大,使得该器件比其他类型的整流器件更容易受热击穿。当然,这些缺点也可以通过增加瞬时过电压保护电路及适当控制结温来克服。表示出了典型的高速整流二极管的特性与参数。

沈君梅

Wade