Силовая электроника. Система условных обозначений диодов

 

2.1.1 Принцип действия и классификация диодов

Основу диодов составляет двухслойная монокристаллическая полупроводниковая структура с электронно-дырочным переходом или контакт металл-полупроводник. Принцип действия Диодов определяется свойством односторонней проводимости p-n перехода. Полупроводниковая структура с p-n переходом конструктивно оформляется в виде узла выпрямительного элемента, который помещается в герметичный корпус с выводами анода и катода. Полупроводниковые диоды выполняются на токи от нескольких миллиампер до килоампер прямого тока (обратное напряжение 5 кВ и выше).

 

Рис 2.1 Условное обозначение диода на схемах

 

Диоды малой и средней мощности ( ) делятся на точечные и бескорпусные; силовые диоды ( ) делятся на штыревые и таблеточные (Таблица 2).

По назначению диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные и специальные. Выпрямительные которые предназначены для выпрямления переменного тока. К ним относятся в основном силовые диоды. Силовые диоды по нагрузочной способности в области пробоя обратной ветви ВАХ подразделяются на простые выпрямленные и лавинные с контролируемым пробоем (стабилитроны).

По назначению диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные и специальные. Выпрямительные которые предназначены для выпрямления переменного тока. К ним относятся в основном силовые диоды. Силовые диоды по нагрузочной способности в области пробоя обратной ветви ВАХ подразделяются на простые выпрямленные и лавинные с контролируемым пробоем (стабилитроны).

 

Таблица 2

	Признак классификации		Наименование диода
	Площадь диода		Плоский Точечный
	Полупроводниковый материал		Германиевый Кремниевый Арсенид галлиевый
	Назначение		Выпрямительный Импульсный Сверхвысокочастотный Стабилитрон Варикап и т.д.
	Принцип действия		Туннельный Диод Шотки Излучающий Фотодиод Диод Ганна Лавинно-пролётный

 

 

По назначению диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные и специальные. Выпрямительные которые предназначены для выпрямления переменного тока. К ним относятся в основном силовые диоды. Силовые диоды по нагрузочной способности в области пробоя обратной ветви ВАХ подразделяются на простые выпрямленные и лавинные с контролируемым пробоем (стабилитроны).

В зависимости от времени обратного восстановления диоды делятся на: диоды с нормируемым временем восстановления и быстродействующие диоды с нормируемым временем восстановления (частотные).

Силовые диоды того или иного вида, подвида и модификации в зависимости от допускаемого тока подразделяются по типу, а диоды одного типа – на классы и допустимому обратному напряжению

Импульсные диоды применяются в маломощных цепях автоматики. Они отличаются малым временем переключения из закрытого состояния в открытое и обратного переключения и обладают хорошими частотными характеристиками.

К специальным диодам относят стабилитроны, фотодиоды, светодиоды, варикапы, туннельные диоды.

2.1.2 Параметры и обозначение силовых диодов

Параметры- это численные значения величин, определяющих характерные точки ВАХ и допустимые режимы.

Параметры силовых диодов:

1) повторяющееся импульсное обратное напряжение U_RRM– максимальное обратное напряжение, которое каждый период может прикладываться к диоду (рис. 2.2 б), которое примерно составляет 0, 7 напряжения пробоя U_BR.В современных диодах оно достигает 10 кВ. U_RRMв сотнях вольт определяет класс выпрямительного диода. Например, если U_RRM= 5000 В, то диод 50 класса;

2) максимально допустимый средний прямой ток (предельный ток) I_FAVm, определяемый в однофазной однополупериодной схеме выпрямления при синусоидальном токе частотой 50 Гц, угле проводимости 180° и заданной температуре кристалла или корпуса:

 

I_FAVm = (2.1)

Здесь U_m- амплитудное значение напряжения сети; R_d- активное сопротивление нагрузки; I_m- амплитудное значение выпрямленного тока. Предельный ток I_FAVmопределяет тип вентиля, в современных выпрямительных диодах он достигает 8 кА;

3) максимальный обратный ток IR(доли мкА - десятки мА);

4) импульсное прямое напряжение UFM- максимальное значение прямого напряжения, обусловленное максимально допустимым средним прямым током I_FAVm(рис. 2.2 б). Оно составляет 1...3 В;

5) пороговое напряжение U₀ (0, 5... 1, 5 В) и дифференциальное сопротивление r_Д (рис. 2.2 б - в).

6) время восстановления обратного сопротивления t_rr(рис. 2.3) – интервал времени, прошедший с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности приложенного напряжения) до момента, когда обратный ток достигнет заданного малого значения (доли нс - доли мкс для высокочастотных и 25... 100 мкс для низкочастотных);

7) заряд обратного восстановления Q_rr- используется для определения мощности потерь обратного восстановления (десятки нК - десятки мкК).

Расшифровка буквенно-цифрового обозначения силовых диодов представлена на рисунке 2.2.

 

Рис.2.2 Обозначения силовых диодов

 

Разновидности силовых диодов

Диоды низкочастотные общего применения(на средние напряжения) на основе р-n-перехода с допустимыми напряжениями до 1 кВ выпускаются на токи до 8 кА. Время обратного восстановления диодов обычно находится в диапазоне 25... 100 мкс, что ограничивает их использование при частоте свыше 500 Гц. Их основное применение - неуправляемые выпрямители при промышленной частоте.

Диоды низкочастотные высоковольтные, основанные на процессах в р - i-nструктуре с допустимыми напряжениями до 10 кВ (i - слой собственногополупроводника). Слой собственного полупроводника, имеющий высокое сопротивление позволяет увеличить допустимое напряжение.

Диоды высокочастотные (быстровосстанавливающиеся)на средние напряжения на основе р-п-перехода, но дополнительно легированные золотом методом диффузии. Атомы золота создают рекомбинационные центры, обеспечивающие ускорение рекомбинации носителей заряда после прохождения тока. Время восстановления обратного сопротивления t_rr в них снижается в пределе до 100 нс. Предельный ток этих диодов 1 кА, допустимые напряжения достигают 1 кВ, а при некотором увеличении времени восстановления обратного сопротивления - 3 кВ.

Быстровосстанавливающиеся силовые диоды применяются в схемах преобразователей при частотах 2 - 20 кГц для шунтирования запираемых тиристоров и транзисторов и пропускания тока в обратном направлении.

Для высоковольтных преобразователей рекомендуется использовать специально разработанные ультрабыстрые диоды Hexfred, которые имеют величину обратного напряжения U_RRMдо 1200 В, время обратного восстановления t_rrдо 100 нс, прямое падение напряжения до 2, 0 В, максимально допустимый средний прямой ток I_FAVm до 100 А и выше.

Диоды Шоттки- высокочастотные низковольтные диоды на основе перехода металл-полупроводник. Их особенностью является то, что прямой ток обусловлен движением только основных носителей - электронов. Таким образом, диоды Шоттки являются униполярными приборами с одним типом основных носителей. Отсутствие накопления неосновных носителей существенно уменьшает их инерционность. Время восстановления t_rrсоставляет обычно не более 0, 3 мкс, падение прямого напряжения U_FM примерно 0, 3 - 0, 6 В. Значения обратных токов IRв этих диодах на 2 - 3 порядка выше, чем в диодах с р-п-переходом. Диапазон предельных обратных напряжений U_RRMобычно ограничивается 200 В, максимально допустимый средний прямой ток I_FAVmдо 100 А. Диоды Шоттки применяются в схемах преобразователей при частотах 2 - 100 кГц для шунтирования полевых транзисторов и пропускания тока в обратном направлении.

Статические характеристики и схема замещения силового диода при низкой частоте

Выпрямительные диоды применяются в основном для построения выпрямителей в промышленных сетях переменного тока частотой 50 - 60 Гц.

Выпрямление основано на свойстве р-п-перехода, хорошо пропускать ток в одном направлении и почти не пропускать его в другом. Таким образом, выпрямительный диод представляет собой электронный ключ, управляемый приложенным к нему напряжением. При прямом напряжении ключ замкнут, при обратном - разомкнут. Такому электронному ключу соответствует вольтамперная характеристика (ВАХ) идеального диода (рисунок 2.3 а).

Однако в действительности диод не является идеальным, т.к. во включенном состоянии на нем падает прямое напряжение порядка 1 - 2 В, а в выключенном состоянии через диод протекает обратный ток, который мал. Поэтому ВАХ реального диода отличается от идеальной (рисунок 2.3 б).

 

Рисунок 2.3. Вольтамперные характеристики силового диода: идеальная (а), реальная (б), идеализированная (в) и его схема замещения (г)

 

При расчетах ВАХ аппроксимируются. Выделяют идеализированную ВАХ (рис. 2.3 в), которая позволяет учесть потери в проводящем состоянии, а для закрытого состояния диод считается идеальным (сопротивление равно бесконечности). Согласно идеализированной ВАХ модель диода в открытом состоянии описывается линейным уравнением

 

U = U₀ + I · r_Д, (2.2)

 

где U₀ - пороговое напряжение диода; r_д = Δ U/Δ I- дифференциальное сопротивление диода во включенном состоянии.

На рисунке 2.3 г приведена схема замещения диода при низкой частоте, где VD- идеальный диод.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Понятие и система криминалистического исследования оружия, взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения.
2. V1: Понятие, объект, предмет и система криминологии
3. V7: Система линейных одновременных уравнений
4. Автоматизированная система телемеханического управления (АСТМУ)
5. Административная реформа и система органов исполнительно власти.
6. Административное право - публичное право. Административное право как отрасль права и система правового регулирования государственного управления.
7. Аксиологическое «Я» педагога как система ценностных ориентаций
8. Антиноцицептивная система (АС)
9. Антонио Менегетти. Система и личность
10. Б. Подготовительные упражнения для систематической натаски.
11. Байдаков А.Н. Организационно-экономический механизм управления аграрными производственными системами. Ставрополь: Агрус, 2003. 303 с.
12. Балльно-рейтинговая буквенная система оценки знаний