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二極管鮮為人知的特性關(guān)系與選型

發(fā)布時(shí)間:2017-03-20 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】我們所熟知的二極管被廣泛應(yīng)用于各種電路中,但我們真正了解二極管的某些特性關(guān)系嗎?如二極管導(dǎo)通電壓和反向漏電流與導(dǎo)通電流、環(huán)境溫度存在什么樣的關(guān)系等,讓我們來扒扒很多數(shù)據(jù)手冊(cè)中很少提起的特性關(guān)系和正確合理的選型。

我們都知道在選擇二極管時(shí),主要看它的正向?qū)▔航?、反向耐壓、反向漏電流等。但我們卻很少知道其在不同電流、不同反向電壓、不同環(huán)境溫度下的關(guān)系是怎樣的,在電路設(shè)計(jì)中知道這些關(guān)系對(duì)選擇合適的二極管顯得極為重要,尤其是在功率電路中。接下來我將通過型號(hào)為SM360A(肖特基管)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來與大家分享二極管鮮為人知的特性關(guān)系。

1、正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流的關(guān)系
 
在二極管兩端加正向偏置電壓時(shí),其內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變窄,可以有較大的正向擴(kuò)散電流通過PN結(jié)。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”,鍺管約為0.2V,硅管約為0.6V)以后,二極管才能真正導(dǎo)通。但二極管的導(dǎo)通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴(kuò)散電流又存在什么樣的關(guān)系?通過下圖1的測(cè)試電路在常溫下對(duì)型號(hào)為SM360A的二極管進(jìn)行導(dǎo)通電流與導(dǎo)通壓降的關(guān)系測(cè)試,可得到如圖2所示的曲線關(guān)系:正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流成正比,其浮動(dòng)壓差為0.2V。從輕載導(dǎo)通電流到額定導(dǎo)通電流的壓差雖僅為0.2V,但對(duì)于功率二極管來說它不僅影響效率也影響二極管的溫升,所以在價(jià)格條件允許下,盡量選擇導(dǎo)通壓降小、額定工作電流較實(shí)際電流高一倍的二極管。
 
 
2、正向?qū)▔航蹬c環(huán)境的溫度的關(guān)系
 
在我們開發(fā)產(chǎn)品的過程中,高低溫環(huán)境對(duì)電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對(duì)絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的,二極管當(dāng)然也不例外,在高低溫環(huán)境下通過對(duì)SM360A的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道:二極管的導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時(shí)雖導(dǎo)通壓降最大,卻不影響二極管的穩(wěn)定性,但在環(huán)境溫度為75℃時(shí),外殼溫度卻已超過了數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的125℃,則該二極管在75℃時(shí)就必須降額使用。這也是為什么開關(guān)電源在某一個(gè)高溫點(diǎn)需要降額使用的因素之一。
 
 
3、二極管漏電流與反向電壓的關(guān)系
 
在二極管兩端加反向電壓時(shí),其內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變寬,有較少的漂移電流通過PN結(jié),形成我們所說的漏電流。漏電流也是評(píng)估二極管性能的重要參數(shù),二極管漏電流過大不僅使其自身溫升高,對(duì)于功率電路來說也會(huì)影響其效率,不同反向電壓下的漏電流是不同的,關(guān)系如圖4所示:反向電壓愈大,漏電流越大,在常溫下肖特基管的漏電流可忽略。
 
 
4、二極管漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系
 
其實(shí)對(duì)二極管漏電流影響最大的還是環(huán)境溫度,下圖5是在額定反壓下測(cè)試的關(guān)系曲線,從中可以看出:溫度越高,漏電流越大。在75℃后成直線上升,該點(diǎn)的漏電流是導(dǎo)致二極管外殼在額定電流下達(dá)到125℃的兩大因素之一,只有通過降額反向電壓和正向?qū)娏鞑拍芙档投O管的工作溫度。
 
 
5、二極管反向恢復(fù)時(shí)間
 
如圖6所示,二極管的反向恢復(fù)時(shí)間為電流通過零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換成反向,再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔,實(shí)際上是釋放二極管在正向?qū)ㄆ陂g向PN結(jié)的擴(kuò)散電容中儲(chǔ)存的電荷。反向恢復(fù)時(shí)間決定了二極管能在多高頻率的連續(xù)脈沖下做開關(guān)使用,如果反向脈沖的持續(xù)時(shí)間比反向恢復(fù)時(shí)間短,則二極管在正向、反向均可導(dǎo)通就起不到開關(guān)的作用。PN結(jié)中儲(chǔ)存的電荷量與反向電壓共同決定了反向恢復(fù)時(shí)間,而在高頻脈沖下不但會(huì)使其損耗加重,也會(huì)引起較大的電磁干擾。所以知道二極管的反向恢復(fù)時(shí)間正確選擇二極管和合理設(shè)計(jì)電路是必要的,選擇二極管時(shí)應(yīng)盡量選擇PN結(jié)電容小、反向恢復(fù)時(shí)間短的,但大多數(shù)廠家都不提供該參數(shù)數(shù)據(jù)。
 
 
6、二極管反向電壓裕量的意義
 
我們都知道二極管有個(gè)反向擊穿的極限電壓,絕大多數(shù)的二極管廠商都沒把它寫入數(shù)據(jù)手冊(cè),但在大多數(shù)情況下為了節(jié)省成本不可能將二極管反向耐壓降額到50%左右使用,那么反向電壓裕量是否足夠,這對(duì)評(píng)估該二極管反向耐壓應(yīng)降多少額使用較為安全是有一定意義的。從下表中可看出,反向電壓的裕量并不像網(wǎng)上所說的那樣是額定反壓的2~3倍。
 
膝點(diǎn)反向電壓為漏電流突變時(shí)的反向電壓點(diǎn)。(二極管在常溫某電壓點(diǎn)下,其漏電流突然一下增大了幾十上百倍,例如:SM360A二極管在78V時(shí)漏電流為20μA,但在79V時(shí)漏電流為2 mA,79V即為膝點(diǎn)反向電壓)膝點(diǎn)反向電壓雖然未使二極管完全擊穿,但卻嚴(yán)重影響了二極管的正常使用。而在高溫下漏電流更易突變,此時(shí)的膝點(diǎn)反向電壓就更低。所以一個(gè)二極管的反向電壓應(yīng)降額值為多少才較為正確合理,更應(yīng)該從物料的使用環(huán)境溫度和實(shí)際使用的導(dǎo)通電流來測(cè)試膝點(diǎn)反向電壓值,然后再來確定裕量降額值。
 
 
好的電路設(shè)計(jì)在對(duì)二極管參數(shù)的選擇時(shí),不僅要考慮常溫的參數(shù),也要考慮在高低溫環(huán)境下的一些突變參數(shù)。知道二極管的這些特性關(guān)系往往會(huì)給工程師的選管以及電路故障的分析帶來事半功倍的效果。
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