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  • 功率二極管的功耗計(jì)算過(guò)程圖解
    • 發(fā)布時(shí)間:2020-10-06 17:56:31
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    功率二極管的功耗計(jì)算過(guò)程圖解
    功率二極管功率二極管
    正向壓降功耗:
    算法 1:P.f=V.f*I.o V.f:正向?qū)妷?I.o:輸出電流
    功率二極管
    方法 2:
    Vf=Vo+If*Rs
    Pf=Vo*If+Rs*If^2 
    功率二極管
    反向電流功耗:
    這個(gè)值不太好估計(jì),因?yàn)?Vr 也在變化,因此我建議以實(shí)測(cè)為主:
    功率二極管
    實(shí)測(cè):
    功率二極管
    然后可測(cè)得電壓下降波形進(jìn)行計(jì)算。
    漏電流功耗:P.r=V.r*I.r V.r:反向電壓 I.r:反向電流 
    功率二極管
    這是最開(kāi)始的博文,有些不清楚的地方。
    我看到一本書(shū),《功率晶體管和開(kāi)關(guān)二極管的應(yīng)用技巧》
     一本 80 年代末翻譯的書(shū),里面很詳細(xì)的闡述了功率晶體管和開(kāi)關(guān)二極管設(shè)計(jì)的過(guò)程。很?chē)?yán)謹(jǐn)也很詳實(shí),不是偶然間翻到,我們可能沒(méi)有可能去搞清楚這個(gè)過(guò)程了。
    這一段是我整理在我寫(xiě)的文章里面的,希望能把這個(gè)過(guò)程寫(xiě)清楚:
    功率二極管
    二極管在較高頻率下應(yīng)用的時(shí)候,需要注意二極管除了我們知道的正常的導(dǎo)通狀態(tài)和正常的截至狀態(tài)以外,在兩種狀態(tài)之間,轉(zhuǎn)換過(guò)程中還存在著開(kāi)啟效應(yīng)和關(guān)斷效應(yīng)。二極管在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中其電流和電壓的變化過(guò)程如圖所示:
     ① 開(kāi)啟效應(yīng):表征著二極管由截止過(guò)渡到導(dǎo)通的特性,從反向電壓 VR 正向?qū)?,跳變至最高電?V?P,然后慢慢降低為二極管正向?qū)妷?VF,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程稱為二極管的正向恢復(fù)過(guò)程。這一過(guò)程所需要的時(shí)間稱為正向恢復(fù)時(shí)間。開(kāi)啟過(guò)程的過(guò)程是對(duì)對(duì)反偏二極管的結(jié)電容充電,使二極管的電壓緩慢上升,因 PN 結(jié)耗盡區(qū)的工作機(jī)理,使電壓的上升比電流的上升要慢很多。
     ② 關(guān)斷效應(yīng):表征著二極管由導(dǎo)通過(guò)渡到截止的特性,從二極管正向?qū)妷?VF,跳變至 負(fù)向最高電壓 VFF,然后反向截止達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) VR 的過(guò)程稱為二極管的反向恢復(fù)過(guò)程。這一過(guò)程所需要的時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間。由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng),二極管正向?qū)〞r(shí),會(huì)存在非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象。在關(guān)斷過(guò)程中存儲(chǔ)電荷消失之前,二極管仍維持正偏的狀態(tài)。為使其承受反向阻斷的能力,必需將這些少子電荷抽掉。反向恢復(fù)時(shí)間分為存儲(chǔ)時(shí)間 Ts 與下降時(shí)間 Tf,存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)二極管處在抽走反向電荷的階段,在這段時(shí)間以后電壓達(dá)到反向最大值,二極管可開(kāi)始反向阻斷,下降時(shí)間則是對(duì)二極管耗盡區(qū)結(jié)電容進(jìn)行充電的過(guò)程,直到二極管完全承受外部所加的反向電壓,進(jìn)入穩(wěn)定的反向截止?fàn)顟B(tài)。
    二極管的暫態(tài)開(kāi)關(guān)過(guò)程就是 PN 結(jié)電容的充、放電過(guò)程。二極管由截止過(guò)渡到導(dǎo)通時(shí),相當(dāng)于電容充電,二極管由導(dǎo)通過(guò)渡到截止時(shí),相當(dāng)于電容放電。二極管結(jié)電容越小,充、放電 時(shí)間越短,過(guò)渡過(guò)程越短,則二極管的暫態(tài)開(kāi)關(guān)特性越好。
    正向過(guò)程損耗:
    功率二極管
    這是一個(gè)估計(jì)的結(jié)果
    反向過(guò)程損耗
    計(jì)算方法也是估計(jì)的(這是續(xù)流電路的情況)
    功率二極管
    實(shí)際的功率二極管用在不同的地方,其結(jié)果也是并不相同的,按照書(shū)中整流和續(xù)流兩塊去分 析,我可能將之整理一下效果較好。感興趣的同志們可以去看看,挺詳細(xì)和詳實(shí)的一本書(shū)。 
    整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程,實(shí)質(zhì)上,就是認(rèn)為對(duì)結(jié)電容進(jìn)行操作。如果沒(méi)有電容,整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程是非常理想的,也就等效成為一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)了。 
    補(bǔ)充(引用網(wǎng)上不明作者的圖和過(guò)程分析):
    由于二極管外加正向電壓時(shí),載流子不斷擴(kuò)散而存儲(chǔ)的結(jié)果。當(dāng)外加正向電壓時(shí)P區(qū)空穴向 N區(qū)擴(kuò)散,N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散,這樣,不僅使勢(shì)壘區(qū)(耗盡區(qū))變窄,而且使載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲(chǔ),在P區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了電子,而在N區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了空穴,它們都是非平衡少數(shù)載流子, 如下圖所示。 
    功率二極管
    空穴由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)后,并不是立即與N區(qū)中的電子復(fù)合而消失,而是在一定的路程 LP(擴(kuò)散長(zhǎng)度)內(nèi),一方面繼續(xù)擴(kuò)散,一方面與電子復(fù)合消失,這樣就會(huì)在 LP 范圍內(nèi)存儲(chǔ)一 定數(shù)量的空穴,并建立起一定空穴濃度分布,靠近結(jié)邊緣的濃度最大,離結(jié)越遠(yuǎn),濃度越小。正向電流越大,存儲(chǔ)的空穴數(shù)目越多,濃度分布的梯度也越大。我們把正向?qū)〞r(shí),非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。
    當(dāng)輸入電壓突然由+VF 變?yōu)?VR 時(shí)P區(qū)存儲(chǔ)的電子和N區(qū)存儲(chǔ)的空穴不會(huì)馬上消失,但它們將通過(guò)下列兩個(gè)途徑逐漸減少: 
     ① 在反向電場(chǎng)作用下,P區(qū)電子被拉回N區(qū),N區(qū)空穴被拉回P區(qū),形成反向漂移電流 IR, 如下圖所示;
     ② 與多數(shù)載流子復(fù)合。
    功率二極管
    在這些存儲(chǔ)電荷消失之前,PN結(jié)仍處于正向偏置,即勢(shì)壘區(qū)仍然很窄,PN結(jié)的電阻仍很 小,與 RL 相比可以忽略,所以此時(shí)反向電流 IR= (VR+VD)/RL。VD 表示PN結(jié)兩端的正向壓降,一般 VR>>VD,即 IR=VR/RL。在這段期間,IR 基本上保持不變,主要由VR 和 RL 所決定。經(jīng)過(guò)時(shí)間 ts 后P區(qū)和N區(qū)所存儲(chǔ)的電荷已顯著減小,勢(shì)壘區(qū)逐漸變寬,反向電流 IR 逐漸減小到正常反向飽和電流的數(shù)值,經(jīng)過(guò)時(shí)間 tt,二極管轉(zhuǎn)為截止。由上可 知,二極管在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過(guò)程,實(shí)質(zhì)上由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的,反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí)間。
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