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功率二极管基础及其功耗计算

   日期:2015-07-17    
核心提示:功率二极管是电力电子线路最基本的组成单元,他的单向导电性可用于电路的整流、箝位、续流。

功率二极管是电力电子线路最基本的组成单元,他的单向导电性可用于电路的整流、箝位、续流。

正向偏置(Forward Bias):二极管的阳极侧施加正电压,阴极侧施加负电压,这样就称为正向偏置,所加电压为正向偏置。

反向偏置(Reverse Bias):在阳极侧施加相对阴极负的电压,就是反向偏置,所加电压为反向偏置。

下面这篇博客依次介绍了功率二极管的基础,二极管的发热和温度计算,功率二极管功耗的全计算过程。

功率二极管基础

二极管电流公式:

 

注意的参数:

 

 

Forward-bias(正向偏置恢复时间)

 

影响条件:

正向电流(电流越大反向时间越长)

反向电压(电压越小反向时间越长)

电流变化速度,速度越快减小恢复时间却会加长存储时间

结温越高同时增加恢复时间和存储时间

reverse-bias(反向偏置)

 

影响条件:

正向电流(电流越大正向电压越大)

电流脉冲上升时间(脉冲越陡正向电压越大)

温度影响不大

综合整个过程

 

计算结温过程(对于脉冲电流的计算方法)

 

 

 

精确计算二极管发热和温度

博主注:这些计算都是有适用条件的(大电流的功率二极管一定要算,一般的二极管就不用算了),所以还没有深入浅出的搞清楚计算的界限。

拟合用的是Mathcad。

计算二级管的散热情况

在设计功率电源的时候,二级管一般损耗比较大,而且为了能够更加精确的去分析,我们来看一下一般的计算过程。

Losses due to forward voltagedrop(正向功耗)

P.f=V.f*I.o

V.f:正向导通电压

I.o:输出电流

Losses due to diode leakage current(反向功耗)

P.r=V.r*I.r

V.r:反向电压

I.r:反向电流

我们假设电路为:

 

然后把参数罗列出来计算

 

然后可以计算出来:

 

我们可以得到什么结论呢:二级管烧掉了。这种逻辑在于,结温直接从85度环境温度上升到半导体的极限150摄氏度。

 

这里我们假设二级管直接按照最大的热阻和最大功耗,这是有问题和值得思量的,现在我们换种思路:

 

我们可以发现,二级管其实并不会坏。问题就集中在于二级管的模型没有建立好。

建立模型很重要,如果按照单个最大值来分析,我们面临的问题是把它的范围放得很大,对于比较临界的问题来说,基本把可以用的元器件排斥在外了。

 

因此我们需要仔细建立模型,正向电压的过程如下:

蓝色为从图中抓取的数据,红色为我们知道的PN结模型,下面一个红色的为曲线拟合过程:

 

 

结果如下:

 

反向电流也是同样地:

 

这些做完以后我们可以很精确的知道,温度,电压这些对于管子的实际影响了。

功率二极管的功耗计算

前面关于功率二极管,基础,热阻,正向压降都已经涉及到了。在这里需要补充全计算过程:

 

 

正向压降功耗:

算法1:

P.f=V.f*I.o

V.f:正向导通电压

I.o:输出电流

 

算法2:

Vf=Vo+If*Rs

Pf=Vo*If+Rs*If^2

 

反向电流功耗:

这个值不太好估计,因为Vr也在变化,因此我建议以实测为主:

 

实测:

 

然后可测得电压下降波形进行计算。

漏电流功耗:

P.r=V.r*I.r V.r:反向电压 I.r:反向电流

 

 
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