Как рассчитать диод для схемы: подробное руководство по выбору и расчету диодов

Как правильно подобрать диод для электрической схемы. Какие параметры диода важны при расчете. Как рассчитать ток и напряжение для диода. Какие типы диодов лучше использовать в разных схемах.

Основные параметры диодов для расчета

При расчете и выборе диода для электрической схемы необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Максимальное обратное напряжение
• Максимальный прямой ток
• Прямое падение напряжения
• Обратный ток утечки
• Время восстановления
• Емкость перехода

Рассмотрим подробнее, как эти параметры влияют на работу диода в схеме и как их правильно рассчитать.

Расчет максимального обратного напряжения диода

Максимальное обратное напряжение — это напряжение, которое диод способен выдержать в закрытом состоянии без пробоя. При выборе диода оно должно быть больше максимального обратного напряжения в схеме:

U обр.max диода > U обр.max схемы

Обычно выбирают диод с запасом по обратному напряжению в 1,5-2 раза. Например, если в схеме максимальное обратное напряжение 100В, то диод лучше выбрать на 150-200В.

Определение максимального прямого тока через диод

Максимальный прямой ток диода должен быть больше максимального тока, протекающего через диод в схеме:

I пр.max диода > I пр.max схемы

При этом нужно учитывать импульсный или постоянный характер тока. Для импульсных токов допустимый максимум может быть выше. Обычно выбирают диод с запасом по току в 1,2-1,5 раза.

Расчет прямого падения напряжения на диоде

Прямое падение напряжения — это напряжение на диоде при протекании через него прямого тока. Оно зависит от материала диода и силы тока. Для кремниевых диодов обычно составляет 0,6-0,7 В при небольших токах.

Падение напряжения можно рассчитать по формуле:

U пр = φT * ln(I пр / I0 + 1)

Где φT — температурный потенциал (примерно 26 мВ при комнатной температуре), I0 — обратный ток насыщения диода.

Учет обратного тока утечки диода

Обратный ток утечки — это небольшой ток, протекающий через закрытый диод. Он увеличивается с ростом температуры и обратного напряжения. При расчетах его обычно учитывают для прецизионных схем.

Типичные значения обратного тока для кремниевых диодов:

• Выпрямительные диоды: 1-10 мкА
• Импульсные диоды: 0,1-1 мкА
• Диоды Шоттки: 10-100 мкА

Расчет времени восстановления диода

Время восстановления — это время, за которое диод переходит из проводящего состояния в непроводящее. Оно важно для высокочастотных схем. Рассчитывается по формуле:

t восст = t рассас + t спада

Где t рассас — время рассасывания носителей, t спада — время спада обратного тока.

Для высокочастотных схем выбирают диоды с минимальным временем восстановления, например диоды Шоттки.

Учет емкости p-n перехода диода

Емкость p-n перехода влияет на быстродействие диода. Она зависит от площади перехода и приложенного обратного напряжения. Рассчитывается по формуле:

C = C0 / (1 + U обр / φ0)^n

Где C0 — емкость при нулевом смещении, φ0 — контактная разность потенциалов, n — коэффициент (0,3-0,5).

Для высокочастотных схем выбирают диоды с минимальной емкостью перехода.

Выбор типа диода для разных схем

В зависимости от назначения схемы используются разные типы диодов:

• Выпрямители: силовые выпрямительные диоды
• Импульсные схемы: быстродействующие и импульсные диоды
• ВЧ схемы: диоды Шоттки, pin-диоды
• Стабилизаторы: стабилитроны
• Генераторы шума: лавинно-пролетные диоды

Правильный выбор типа диода обеспечит оптимальную работу схемы.

Расчет теплового режима диода

При работе диода на нем рассеивается мощность, которая приводит к нагреву. Максимальная рассеиваемая мощность рассчитывается как:

P max = U пр * I пр

Температура перехода не должна превышать максимально допустимую:

T перехода = T окр.среды + P * R тепл

Где R тепл — тепловое сопротивление переход-среда.

При необходимости нужно использовать радиатор или принудительное охлаждение диода.

Особенности расчета диодных сборок

При использовании диодных сборок (мостов, сдвоенных диодов) нужно учитывать:

• Распределение тока между диодами
• Общее тепловыделение сборки
• Падение напряжения на всей сборке

Обычно параметры сборки указываются в документации производителя. При отсутствии данных можно провести расчет для одиночного диода и умножить результаты на количество диодов в сборке.

Программы для автоматизированного расчета диодов

Для упрощения расчетов можно использовать специализированные программы:

• LTspice — бесплатный SPICE-симулятор с моделями диодов
• Multisim — профессиональный симулятор электронных схем
• PSIM — симулятор силовой электроники
• OrCAD PSpice — профессиональный SPICE-симулятор

Эти программы позволяют быстро рассчитать параметры диодов в сложных схемах и оптимизировать их работу.

Как рассчитать мощность блока питания для светодиодной ленты?

В настоящее время для питания светодиодных лент применяются импульсные унифицированные блоки питания. Они легкие, компактные, с отлично стабилизированным выходным напряжением и надежной защитой.

 

Благодаря экономности энергопотребления, комплект подсветки окупает себя за 5-6 лет. Чтобы обеспечить безотказную работу в течение такого срока, необходимо правильное электропитание. Это, кстати, касается любого электроустройства. Мы не будем Вас утомлять сложными формулами и теоретическими выкладками, но подойдем к вопросу основательно и с практической точки зрения.

Далее блок питания будем обозначать буквами БП.

1. Основные параметры БП

На корпусе любого БП Вы увидите маркировку, которая содержит номинальные параметры. «Номинальные» означает, что при таких параметрах устройство будет без проблем выполнять все свои функции. Если маркировки нет, что бывает редко, смотрите документацию на бумаге или в Сети.

1.1. Входные параметры

Обозначаются «INPUT:». Это параметры электроэнергии переменного тока, подающейся на вход. С ними, как раз, проблем меньше всего:

• Входное напряжение в вольтах (V). Например: 180-240 V. Означает, что если на входе БП будет напряжение в этих пределах, то на выходе мы всегда получим то, что нужно.

• Частота в герцах (Gz). Например: 50-60 Gz. В нашем случае не актуально.

1.2. Выходные параметры. ВАЖНО!

Обозначаются «OUTPUT:». Это параметры электроэнергии, получаемой на выходе. Мы всегда получаем на выходе постоянный ток. Поэтому имеем 2 провода: «+» (обычно красный) и «-» (обычно черный). Выходные характеристики для нас наиболее важны.

• Выходное напряжение в вольтах (V). Например: 12V. Большинство LED лент питаются постоянным напряжением 12V или 24V. Выходное напряжение БП должно точно соответствовать напряжению питания ленты. Если взять БП с выходным напряжением 9V и запитать от него ленту, то диоды, скорее, светить будут, но тускло. Превышать питающее напряжение вообще не советуем – диоды (LED) засветятся ярко и ненадолго.

• Выходная мощность в ваттах (W) или вольт-амперах (VA). Например: 25W или 25VA. Для постоянного тока W и VA одно и то же. Можно догадаться – наиболее важный показатель БП в нашем случае. Здесь, как и с напряжением, ошибаться нельзя, но в меньшую сторону. В большую – сколько угодно. Скажем, вся лента потребляет 75W. Смело ставьте БП с выходной мощностью 100W – дольше прослужит.

• Выходная сила тока в амперах (A). Иногда указывается в миллиамперах (mA). Например: 0.8A или 800mA. Для нас интересен лишь тем, что если вдруг не указана выходная мощность, мы можем легко ее рассчитать, умножив силу тока на напряжение. Например, выходная мощность БП 24V, 2A будет равна 48VA (24х2=48).

2. Определение параметров питания светодиодной ленты

Теперь, когда мы вооружены сведениями о БП, можно приступить к определению характеристик реальной ленты конкретной длины, необходимых для правильного выбора БП.

2.1. Напряжение питания LED ленты.

Обязательно спросите у продавца, какое напряжение питания. Чаще это 12V или 24V. Можете определить и по диодам, которыми оснащена лента. Присмотритесь к лицевой стороне ленты. От дорожек, идущих по краю вдоль всей ленты, отходят поперечные дорожки, на которых смонтированы несколько LED-диодов и сопротивление. Если на поперечной дорожке смонтировано 3 светодиода, то напряжение питания ленты 12V; 6 светодиодов – 24V.

2.2. Потребляемая мощность светодиодной ленты.

Проще всего узнать у продавца. Уточните: вам называют мощность всей стандартной ленты (длина 5 метров) или 1-го погонного метра. Если не у кого узнавать, не беда. Самостоятельно пересчитайте все светодиоды на 1 метре ленты и воспользуйтесь составленной нами таблицей ниже, чтобы определить потребляемую мощность 1-го диода.

Обратите внимание: светодиоды 5730-5 и 5030-1 внешне очень похожи. Попробуйте определить вид по маркировке диода.

Теперь умножьте количество элементов (LED-диодов) на 1 метре ленты на мощность 1-го LED-диода. Получите мощность 1-го метра ленты. Осталось умножить мощность 1-го метра на суммарную длину всей ленты.

Пример: суммарная длина ленты 15м, диодов на 1м насчитали 30, каждый диод SMD 5050 мощностью 0,2 W. Считаем: 15x30x0,2=90W. Теоретически нам нужен БП с выходной мощностью не менее 90 W.

3. Подбор конкретного БП

Найти БП, который по мощности точно равен мощности конкретной ленты, скорее всего, не удастся. Да это и не требуется. Просто выберите блок, который примерно на 25%-35% мощнее ленты. Этим обеспечивается необходимый запас надежности.

Обратите внимание на диапазон входного напряжения БП (пункт 1.1). Чем он больше, тем БП дороже и тем лучше защищает ленту от перепадов напряжения питающей сети.

5.3 Конструирование и расчет диодов

96

Супер-бета-транзисторы

Для получения транзисторов с повышенным значением коэффициента усиления b создаются специальные транзисторные структуры, которые называются супер-бета-транзисторами. Обычно значение b = 150…250 для вертикальных n-p-n- транзисторов достигается при ширине базыw» 0,7 мкм и отношении сопротивлений эмиттера и базыrэ/rб » 5×10–3. Для повышения b необходимо увеличивать сопротивление базы и уменьшать ее ширину.

Транзисторы с повышенным значением b = 2000…3000 получают, применяя глубокую базовую и эмиттерную диффузию. Ширина базы при этом достигает0,2…0,3 мкм. Недостатком таких транзисторов является малое напряжение смыкания базы, которое составляет 0,5…1 В. Транзисторы этого типа применяются в основном в операционных усилителях и не могут использоваться как универсальные.

Композитные транзисторы

Одним из недостатков горизонтального транзистораp-n-p является малый коэффициент передачи тока. При соединении транзистора p-n-p с вертикальным транзисторомn-p-n по схеме рис. 5.9 получают составной, или композитный, транзистор, который по полярности эквивалентен транзисторуp-n-p, но значение b у него соответствует транзистору n-p-n.

Диоды широко применяются в логических ИМС в качестве элементов, выполняющих элементарные логические преобразования, элементов смещения (сдвига уровня на величину напряжения открытого p-n-перехода), элементов развязки и т.п. Конкретная конструкция диода определяется требованиями к его вольт-амперной характеристике и электрическим параметрам. Основные электрические параметры диода- обратный токIобр, напряжение пробоя Uпр, время восстановления обратного сопротивления диода tвос, емкость диода СД.

97

В полупроводниковых микросхемах в качестве диода — ис пользуют один из переходов интегральногоn-p-n-транзистора (рис. 5.10). Изготовление таких диодов является более экономичным по сравнению с изготовлением специальных диодных структур.

	n+ p		n+	СД
VD1	n			СДП
	p
	n+ p		n+
VD2	n			СДП
	p			СД
	p	n+	n+	СДП
VD3	n
	p			СД
VD4	n+ p		n+
	n			СДП
	p			СД
	n+ p		n+	СДП
VD5	n
	p			СД

Рис. 5.10 — Конструкции и эквивалентные схемы интегральных диодов

Интегральный диод состоит из нескольких определенным образом скоммутированных переходов, однако его характери-

98

стики незначительно отличаются от характеристик одиночного перехода. Характерное отличие интегрального диода от его дискретного аналога заключается в наличии паразитной емкости и транзистора. Интегральный диод, по существу, представляет собой трехполюсный прибор, третьим электродом которого служит подложка. Действие паразитного транзистора, состоящего из базы, коллектора и подложки n-р-n-транзистора, необходимо учитывать при проектировании полупроводниковых микросхем. Так как в полупроводниковой микросхеме, изолированной с помощью р-n-перехода, подложка соединяется с наиболее отрицательной точкой схемы, то коллекторный переход паразитного транзистора смещен в обратном направлении. Если интегральный диод смещается в прямом направлении, то эмиттерный переход паразитного транзистора также будет смещен в прямом направлении (исключая диод VD1).

Паразитный транзистор работает в режиме усиления, поэтому часть тока, протекающего через диод, ответвляется в подложку, т.е. ток, втекающий в диод, не равен току, вытекающему из него. Значение ответвляющего тока зависит от коэффициента передачи тока паразитного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Коэффициент инжекции эмиттера паразитного транзистора обычно достаточно мал, поэтому значение коэффициента усиления по току h31Э не превышает 1…3. Устранение активных свойств паразитного транзистора осуществляется путем легирования золотом коллекторной областиn-р-n- транзистора или базовой областир-n-р-транзистора. Это приводит к резкому уменьшению коэффициента переноса носителей через базу паразитного транзистора, который становится практически равным нулю. Для легированных золотом структур коэффициент усиления по току h31Э имеет порядок 0,01.

Паразитный p-n-p-транзистор не оказывает никакого влияния на диодVD1, так как переход коллектор – база n-р-n- транзистора короткозамкнутый.

При конструировании полупроводниковых микросхем необходимо учитывать параметры, определяющие вольт-амперные характеристики, а также паразитную емкость диода и время восстановления обратного сопротивления.

Вольт-амперная характеристика диода определяется соот-

99

ношением

I Д = Iобр [exp(qU Д / kT )-1],

где IД – ток, протекающий через диод; UД – напряжение, приложенное к переходу; Iобр – обратный ток перехода, пропорциональный его площади.

Кчислу параметров диода, х рактеризующих вольтамперную характеристику, относится падение прямого напряжения при заданном постоянном прямом токе.

При малых токах падение напряжения на диодах определяется идеализированными характеристиками переходов, при больших токах важную роль играют также последовательные объемные сопротивления. Наименьшее падение напряжения в прямомна правлении при одних и тех же значениях тока наблюдается для диода VD1. Это объясняется тем, что VD1 работает как транзистор

сзамкнутым коллекторным переходом. Инжектируемые эмиттером электроны перемещаются через базу, достигают коллекторного перехода и свободно попадают в коллектор. Следовательно, основная часть входного тока протекает через коллектор и падение -на пряжения на сопротивлении базы будет значительно меньше, чем в других диодных структурах. В диоде VD4 транзисторная структура находится в инверсном включении. Поскольку инверсный коэффициент передачи тока мал, то базовый ток, протекающий в такой структуре, будет большим, что вызывает значительное падение напряжения на диоде. Если интегральные диоды расположить в порядке убывания падения напряжения при протекании через них большого тока, то получим следующую последовательность: VD2,

VD3, VD5, VD4, VD1.

Напряжения обратных смещений диода и изолирующего -р n-перехода не должны превышать пробивных напряжений соответствующих переходов. Так, максимально допустимое обратное напряжение диодовVD1–VD3 ограничено напряжением пробоя перехода эмиттер-база, а диодов VD4–VD5 – напряжением пробоя перехода коллектор-база.

Кпараметрам диода, характеризующим обратную ветвь вольт-амперной характеристики, относится постоянный обратный ток, протекающий через диод при приложении к нему обратного смещения. В кремниевых p-n-переходах главной состав-

100

ляющей обратного тока является составляющая тока термогенерации, зависящая от площади р-n-перехода и от количества центров рекомбинации в области объемного заряда перехода. Для диодов VD1 и VD2 наблюдаются меньшие значения обратного тока, так как они формируются на переходе эмиттер-база, который имеет наименьшую площадь и самую узкую область объемного заряда. Диоды VD4–VD5, формируемые на основе перехода коллектор-база, имеют большие обратные токи. Диод VD3 обладает наибольшим значением обратного тока, поскольку при этом варианте включения транзисторной структуры оба перехода коллектор-база и эмиттер-база оказываются включенными -па раллельно. У всех рассматриваемых диодов обратные токи -из меняются в пределах 0,1…100 мкА.

Быстродействие полупроводниковых ИМС в значительной степени, определяется паразитной емкостью элементов. Поэтому для каждой из диодных структур необходимо знать значение паразитной емкости. На рис. 5.10 показаны емкости, действующие в пяти диодных схемах включения транзистора. Любая емкость, соединяющая какую-либо точку схемы с землей, снижает быстродействие схемы и, следовательно, является паразитной. Поскольку подложка обычно соединена с точкой наиболее низкого потенциала, то вывод емкости перехода коллектор-подложка оказывается заземленным по высокой частоте. Наибольшую паразитную емкость имеет диод VD3, а наименьшую – диод VD2.

Быстродействие диодов характеризуется временем восстановления обратного сопротивления. Основная причина инерционности диодов при работе в импульсном режиме обусловлена процессом накопления неравновесных носителей заряда в областях транзисторной структуры. Время восстановления обратного

сопротивления зависит от размеров областей транзисторной структуры, времени жизни неравновесных носителей заряда и от величины прямого тока, протекающего через диод. При одном и том же прямом токе накопление заряда в различных диодных структурах будет различным. В диоде VD1 время восстановления обратного сопротивления будет наименьшим, так как в коллекторной области не происходит накопление дополнительного заряда (переход коллектор-база является короткозамкнутым).

В диоде VD1 цепь коллектора разомкнута, поэтому инжек-

101

ция неосновных носителей в область базы смещает коллекторный переход в прямом направлении. Это вызывает появление дополнительного заряда в базовой и коллекторной областях. Время восстановления обратного сопротивления диода VD2 оказывается значительно большим, чем диода VD1.

В диоде VD5 эмиттерный переход, работающий в режиме холостого хода, приобретает небольшой потенциал, смещающий его в прямом направлении. Это приводит к дополнительному накоплению заряда в структуре. Диод VD3 обладает наибольшим временем восстановления обратного сопротивления, так как оба перехода коллектор-база и эмиттер-база смещены в прямом направлении и в структуре происходит накопление наибольшего заряда. В табл. 5.1 обобщены характеристики диодов при различных схемах соединения. Эти диоды выполнены на транзисторных структурах со следующими значениями параметров: rк = 0,5 Ом×см; RSб

=200 Ом/ ; RSэ = 2,2 Ом/ ; Sб = 0,063´0,1 мм2; SЭ = =0,025´0,038

мм2. Анализ параметров диодов позволяет сделать следующее заключение. Диод VD1 с замкнутым переходом коллектор-база предпочтительнее использовать в логических микросхемах, так как он может обеспечивать получение наибольшего быстродействия. Диод VD2 может применяться в логических микросхемах

вкачестве накопительного диода. Диоды VD4 и VD5, имеющие наибольшее значение напряжения пробоя, могут использоваться

вкачестве диодов общего назначения.

Таблица 5.1 — Параметры диодов полупроводниковых ИМС

Параметр	VD1	VD2	VD3	VD4	VD5
Напряжение пробоя Uпр, В	7	7	7	55	55
Обратный ток Iобр, нА	5	5	25	20	20
Время восстановления об-
ратного сопротивления	9	56	100	53	85
tвос, нс
Емкость диода СД, пФ	0,5	0,5	1,2	0,7	0,7
Паразитная емкость СП, пФ	2,9	1,2	2,9	2,9	2,9

Диоды, изготовленные совместно с другими элементами на подложке типа КНС, имеют более высокое быстродействие по

Диод Шоттки — Характеристики, особенности и применение

Что такое диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с «кепочкой»

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две «кепочки»

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет «оседать» напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как V_f , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

где

P — мощность, Вт

V_f — прямое падение напряжение на диоде, В

I — сила тока через диод, А

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

Купить дешево можно на китайской площадке али по ссылке. 

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Правильный расчет резистора для светодиода (онлайн калькулятор)

Светодиоды пришли на смену традиционным системам освещения – лампам накаливания и энергосберегающим лампам. Чтобы диод работал правильно и не перегорел, его нельзя подключать напрямую в питающую сеть. Дело в том, что он имеет низкое внутреннее сопротивление, потому если подключить его напрямую, то сила тока окажется высокой, и он перегорит. Ограничить силу тока можно резисторами. Но нужно подобрать правильный резистор для светодиода. Для этого проводятся специальные расчеты.

Расчет резистора для светодиода

Чтобы компенсировать сопротивление светодиода, нужно прежде всего подобрать резистор с более высоким сопротивлением. Такой расчет не составит труда для тех, кто знает, что такое закон Ома.

Математический расчет

Исходя из закона Ома, рассчитываем по такой формуле:

где Un – напряжение сети; Uvd – напряжение, на которое рассчитана работа светодиода; Ivd – ток.

Допустим, у нас светодиод с характеристиками:

2,1 -3, 4 вольт – рабочее напряжение (Uvd). Возьмем среднее значение 2, 8 вольт.

20 ампер – рабочий ток (Ivd)

220 вольт – напряжение сети (Un)

В таком случае мы получаем величину сопротивления R = 10, 86. Однако этих расчетов недостаточно. Резистор может перегреваться. Для предотвращения перегрева нужно учитывать при выборе его мощность, которая рассчитывается по следующей формуле:

Обратите внимание, что резистор подведен на плюсовой контакт диода. Определить полярность диода достаточно просто: плюсовой контакт в колбе по размеру больше минусового.

Для наглядности рекомендуем посмотреть видео:

Графический расчет

Графический способ – менее популярный для расчета резистора на светодиод, но может быть даже более удобный. Зная напряжение и ток диода (их называют еще вольтамперными характеристиками – ВАХ), вы можете узнать сопротивление нужного резистора по графику, представленному ниже:

Тут изображен расчет для диода с номинальным током 20мА и напряжением источника питания 5 вольт. Проводя пунктирную линию от 20 мА до пересечения с «кривой led» (синий цвет), чертим пересекающую линию от прямой Uled до прямой и получаем максимальное значение тока около 50 мА. Далее рассчитываем сопротивление по формуле:

Получаем значение 100 Ом для резистора. Находим для него мощность рассеивания (Силу тока берем из Imax):

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Онлайн-калькулятор расчета сопротивления

Задача усложняется, если вы хотите подключить не один, а несколько диодов.

Для облегчения самостоятельных расчетов мы подготовили онлайн-калькулятор расчета сопротивления резисторов. Если подключать несколько светодиодов, то нужно будет выбрать между параллельным и последовательным соединениями между ними. И для этих схем нужны дополнительные расчеты для источника питания. Можно их легко найти в интернете, но мы советуем воспользоваться нашим калькулятором.

Вам понадобится знать:

1. Напряжение источника питания.
2. Характеристику напряжения диода.
3. Характеристику тока диода.
4. Количество диодов.

А также нужно выбрать параллельную или последовательную схему подключения. Рекомендуем ознакомиться с разницей между соединениями в главах, которые мы подготовили ниже.

Светодиоды. Виды, типы светодиодов. Подключение и расчёты..

Вот так светодиод выглядит в жизни : А так обозначается на схеме :
Для чего служит светодиод? Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.

Подключение и пайка Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку. Если вы видите внутри светодиода его внутренности — катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).

Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро. Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.

Проверка светодиодов Никогда не подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания! Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его. Светодиоды должны иметь ограничительный резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!

Цвета светодиодов Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета. Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

Многоцветные светодиоды Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

Расчет светодиодного резистора Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически мгновенно… Резистор R определяется по формуле : R = (V S — V L) / I

V S = напряжение питания V L= прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правилоот 2 до 4волт) I = ток светодиода (например 20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для Вашего диода Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда возьмите резистор большего номинала. На самом деле вы вряд-ли заметите разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем незначительно. Например: Если напряжение питания V S = 9 В, и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A, R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые больше).

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где : V = напряжение через резистор (V = S — V L в данном случае) I = ток через резистор Итак R = (V S — V L) / I

Последовательное подключение светодиодов. Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды. Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.

Пример расчета : Красный, желтый и зеленый диоды — при последовательном соединении необходимо напряжение питания — не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются). Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A, Резистором R = (V S — V L) / I = (9 — 6) /0,015 = 200 Ом Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

Избегайте подключения светодиодов в параллели! Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…

Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Мигающие светодиоды Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.

Цифробуквенные светодиодные индикаторы Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны

Параллельное соединение

Для тех, кто уже сталкивался на практике со схемами подключения светодиодного освещения, вопрос о выборе между параллельным и последовательным соединением обычно не стоит. Чаще всего выбирают схему последовательного соединения. У параллельного соединения для светодиодов есть один важный недостаток – это удорожание и усложнение конструкции, потому что для каждого диода нужен отдельный резистор. Но такая схема имеет и большой плюс – если сгорела одна линия, то перестанет светить только один диод, остальные продолжат работу.

Мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек. Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны.

Будет интересно➡ Что такое делитель напряжения и как он используется на резисторах?

При последовательном соединении надо учитывать падение напряжения на каждом диоде, эту сумму сложить и из напряжения питания вычесть вышеозначенную сумму и уже для неё посчитать ток, еа который рассчитан один светодиод. При параллельном несколько сложнее, когда ставишь в параллель второй диод, резистор, необходимый для одного, делишь пополам, а когда три – тогда номинал резистора для двух диодов надо умножить на 0.7, когда четыре диода – номинал для трёх умножаешь на 0.69, для пяти – номинал для четырёх умножаешь на 0.68 и т.д.

При последовательном соединении мощность резистора как для одного диода, независимо от количества, а при параллельном, при каждом добавлении диода, мощность надо пропорционально увеличивать. Только в параллельном и последовательном соединении должны быть диоды одного типа. Но я всегда ставлю на каждый диод свой резистор, потому как диоды имеют довольно большой разброс параметров. И, как показывает практика, обязательно находится слабое звено.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Можно ли обойтись без резисторов

В бюджетных или просто старых приборах используются резисторы. Также они используются для подключения всего только нескольких светодиодов.

Но есть более современный способ – это понижение тока через светодиодный драйвер. Так, в светильниках в 90% встречаются именно драйверы. Это специальные блоки, которые через схему преобразуют характеристики тока и напряжения питающей сети. Главное их достоинство – они обеспечивают стабильную силу тока при изменении/колебании входного напряжения.

Как рассчитать резистор для светодиода

Светоизлучающий диод подставляет собой полупроводниковое устройство, создающее оптическое излучение при прохождении через него электрического тока. Внешне он напоминает крошечную лампу.

Подключение таких лампочек к электрической сети должно осуществляться опосредованно – при помощи резистора либо специального драйвера.

Подключение светодиодных ламп посредством резисторов

Резистор – это пассивный элемент электрической цепи, который обладает некоторым сопротивлением, необходимый для ограничения силы тока и напряжения, проходящего через светодиод. Он снижает параметры сети до номинальных характеристик диодного элементас целью того, чтобы последний не перегорел и исправно работал в штатном режиме в течение всего срока службы.

Светодиодные источники искусственного освещения, подключаемые к электрической сети при помощи токоограничивающих резисторов, могут быть соединены друг с другом двумя принципиально различными способами:

• последовательно;
• параллельно.

При последовательном включении светодиодных лампочек в сеть через каждый из них проходит ток одной и той же силы. С целью реализации такой схемы достаточно установить только односопротивленческое устройство перед самым первым из осветительных приборов.

В случае подключения параллельно соединенных диодных светильниковпосредством одного резисторного сопротивления всю токовую нагрузку возьмет на себя прибор, имеющий наименьшее номинальное напряжение.

Светодиоды

Ввиду повышенной нагрузки такой светодиодный источник освещения быстро выйдет из строя. Затем повышенная токовая нагрузка ляжет на тот осветительный прибор, напряжение которого теперь стало считаться наименьшим, и ситуация повторится. Таким образом, в скором времени все источники искусственного освещения утратят свою работоспособность.

Важно! При параллельном включении в сеть светоизлучающих диодных лампочек для каждой из них необходимо устанавливать своесопротивление.

Далее мы поговорим о том, как рассчитать резистор для светодиода, а также рассмотрим различные примеры вычислений и коммутаций.

Расчет сопротивления для одиночного светоизлучающего диода

Расчет сопротивления резисторов для светодиодов осуществляется в соответствии со следующей формулой:

R = (U1-U2)/I,

где U1 – напряжение источника питания, U2 –номинальное напряжение светодиодного элемента, I – номинальный токсветодиода.

В свою очередь, мощность такого резисторного устройства определяется по формуле:

P = (U1-U2)*I.

Пример расчета. Необходимо подобрать резисторное сопротивление для светодиодного осветительного устройствасо следующими техническими характеристиками: I = 20 миллиампер, U2 = 2 вольта, при этом источник электрической энергии выдает напряжение U1 = 12 вольт.

Подставив исходные данные в вышеуказанные формулы, получаем:

R = (12В -2В)/0,02A = 10В/0,02A = 500Ом;

P = (12В — 2В)*0,02A = 10В * 0,02A= 0,2Вт.

Ближайшее большее номинальное сопротивление резисторного устройства для данного случая составляет 560Ом. Таким образом, для стабильной работы в электрической сети с напряжением 12В светодиода с номинальными током и напряжением 20мА и 2В соответственно требуется его установка совместно с резисторным элементом, имеющим сопротивление R=560Ом и минимальную мощность P=0,2Вт.

Расчет резисторного устройства для последовательного соединения светодиодов

При последовательном включении светодиодных источников освещения в электрическую цепь следует учитывать напряженческую характеристику каждого из них. То есть вышеприведенные формулы для сопротивления и мощности резисторного устройства принимают следующий вид:

R = (U1-ΣU2)/I,

P = (U1-ΣU2)*I,

где ΣU2 – суммарное напряжение всех последовательно соединенных светодиодных элементов рассчитываемой цепи.

Пример расчета. Необходимо подобрать сопротивление для трех последовательно включенных в сеть светодиодов со следующими техническими характеристиками: I = 20 миллиампер, U2 = 2 вольта, при этом источник электрической энергии выдает напряжение U1 = 12 вольт.

В таком случае при подстановке исходных данных в соответствующие формулы, имеем:

R = (12В -3 * 2В)/0,02А = (12В – 6В)/0,02А = 6В/0,02A = 300Ом;

P = (12В — 3 * 2В)*0,02А = (12В – 6В) * 0,02А = 6В* 0,02A = 0,12Вт.

Выбираем стандартный резисторный элемент, имеющий номинальную сопротивленческую характеристику R=330Ом и минимальную мощность P=0,12Вт.

Расчет резистора для параллельного соединения светодиодов

Учитывая вышеизложенную информацию о необходимости подключения каждого из параллельно соединенных диодных светильников посредством своего отдельного сопротивленческого устройства, несложно сделать вывод о том, что в данном случае расчет будет производиться аналогично вычислениям, приведенным для одиночного светодиодного элемента, но осуществить его потребуется в отношении каждого светильника по отдельности.

Калькулятор для расчета резисторов

Самым простым и быстрым способом определения параметров резисторных устройств для светодиодных источников искусственного освещения является использование онлайн калькулятора, которых на просторах сети Интернет имеется великое множество.

Некоторые подобные онлайн калькуляторы учитывают различные схемы соединения элементов рассчитываемых цепей, а также отображают не только результаты вычислений, но и принципиальные схемы рассчитываемых подключений.

Таким образом, вам не придется долго ломать голову над тем, как подобрать резистор для светодиода. Немного теории и здравого смысла – и вы уже точно знаете, какие элементы и в какой последовательности необходимо подключать для качественной и надежной работы системы освещения посредством диодных лампочек.

Выбор SiC-диодов Шоттки для активных ККМ в непрерывных токов

Введение

Схемы активной коррекции коэффициента мощности получили широкое распространение в конструкциях вторичных импульсных источников питания (ИИП), выполненных в виде AC/DC-преобразователей (Switch Mode Power Supply, SMPS). Это связано с вступлением в силу с января 2001 г. обязательных для выполнения требований стандарта IEC-61000-4-3. Для выполнения требований стандарта для ИИП с выходной мощностью более 300 Вт необходим активный ККМ, который представляет собой повышающий преобразователь, обычно предназначенный для работы в режиме непрерывных (средних) токов — CCM. Именно для таких преобразователей оптимальным выбором являются SiC-диоды Шоттки. Следует отметить, что для выполнения современных требований и достижения конкурентных преимуществ в части эффективности (КПД) во многие модели вторичных ИИП более низкой мощности также включают те или иные схемы ККМ. Типичный активный ККМ в виде базовой компьютерной модели преобразователя с повышением (boost converter) показан на рис. 1.

Рис. 1. Активный ККМ в виде базовой компьютерной модели преобразователя с повышением (boost converter)

Во время включения МОП-транзистора (MOSFET N на рис. 1) и, как следствие, выключения основного диода (Boost Diode на рис. 1) чрезмерный ток обратного восстановления, свойственный Si-диодам, не только способствует росту коммутационных потерь непосредственно в самом диоде, но также приводит к дополнительным коммутационным потерям при включении МОП-транзистора. Для обеспечения заданной эффективности и тепловых характеристик относительно высокий уровень этих потерь требует применения полупроводниковых приборов, рассчитанных на большие рабочие токи, и соответственно, с большими размерами кристаллов. Это касается как МОП-транзистора, так и непосредственно самого диода ККМ.

Для данных приложений оптимально подходит SiC-диод Шоттки, основное преимущество которого — практически нулевой ток обратного восстановления. Таким образом, потери на диоде резко снижаются, что, в свою очередь, уменьшает и коммутационные потери повышающего МОП-транзистора. Это позволяет использовать транзисторы и диоды с меньшими рабочими токами и, соответственно, меньшими размерами кристаллов. Кроме того, из схемы ККМ могут быть исключены и элементы демпфирования ключа, обязательные для решений, выполненных на базе Si-диода. Таким образом, использование SiC-диодов Шоттки обеспечит лучшее общее системное решение. Причем оно даст выигрыш в уменьшении уровня излучаемых и кондуктивных (наведенных) электромагнитных помех (ЭМП) не только с точки зрения обеспечения более высокой эффективности. Использование меньшего по объему радиатора и уменьшение занимаемой ККМ площади на печатной плате облегчает общее конструктивное решение конечного продукта. Кроме того, само уменьшение числа используемых компонентов не только снижает себестоимость решения, но также сокращает расходы на логистику, складские расходы, время на сборку и на тестирование схемы.

 

Особенности SiC-диодов Шоттки

SiC — это материал с широкой запрещенной зоной и высоким напряжением пробоя, что и позволяет выпускать высоковольтные диоды Шоттки. В настоящее время компания Cree выпускает коммерчески доступные SiC-диоды Шоттки 600, 650 и 1200 В. Диоды 600 В доступны с рабочими номинальными значениями тока 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 16 и 20 А; 650 В — 6, 8 и 10 А; 1200 В — 2, 5, 7,5, 10, 15, 20, 30 и 40 А. Как уже отмечалось выше, основное преимущество высоковольтного SiC-диода Шоттки заключается в его превосходных динамических характеристиках. В диодах Шоттки в качестве барьера используется переход «металл–полупроводник», в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. У таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, то есть они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется лишь барьерной емкостью, поскольку они не нуждаются в рассасывании заряда при переходе.

Как уже говорилось выше, обратный заряд восстановления в SiC-диоде Шоттки чрезвычайно низок и является лишь следствием емкости перехода, а не накоплением сохраненного заряда. Кроме того, в отличие от кремниевых p-n-диодов, выключение p-i-n-диодов Шоттки не сопровождается рассасыванием заряда в n-области, поэтому ток обратного восстановления отсутствует. Имеется лишь незначительный ток, связанный с зарядом барьерной емкости, который не зависит ни от температуры, ни от скорости изменения тока di/dt, значения прямого тока и температуры перехода. Максимальная температура перехода SiC-диодов Шоттки равна +175 °C и представляет собой их фактическую рабочую температуру. Сверхнизкий заряд на уровне перехода в SiC-диодах Шоттки приводит к уменьшению коммутационных потерь в жестком, типичном переключении ККМ преобразователя с повышением, работающего в CCM-режиме.

Типичные вольт-амперные характеристики (ВАХ) 10-А диода Шоттки показаны на рис. 2.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика 10 A/600 В SiC-диода Шоттки (C3D10060)

Вольт-амперные характеристики SiC-диода Шоттки в области прямой проводимости могут быть легко смоделированы путем использования источника напряжения постоянного тока V_dс температурной зависимостью, выполняющего здесь роль модели прямого падения напряжения на диоде и последовательного, также зависящего от температуры, резистора R_d. Обратите внимание, что SiC-диоды Шоттки имеют положительный температурный коэффициент напряжения, что делает параллельную работу этих устройств более легкой задачей.

Значения V_d и R_d при заданной температуре полупроводникового перехода T_jможно рассчитать, используя следующие формулы:

 

Здесь коэффициенты a, b и значения V_d0, R_d0 экстраполируются из эмпирических данных по вольт-амперным характеристикам диода в области прямой проводимости.

Прямое падение напряжения V_F SiC-диода Шоттки при любом заданном прямом токе I_F и требуемой температуре перехода можно легко вычислить по следующему уравнению:

где значения V_d и R_d рассчитываются из двух предыдущих формул.

 

Расчет потерь мощности в SiC-диоде Шоттки для активного ККМ, работающего в режиме CCM

Расчет потерь мощности в основном диоде ККМ, выполненном по архитектуре преобразователя с повышением, важен по двум причинам. Во-первых, допустимый рабочий ток диода зависит от потери на нем мощности и рабочей температуры перехода. Таким образом, при вычислении потерь мощности разработчики конечного решения могут быть уверены в правильности выбора диода соответствующего типоразмера. Во-вторых, предложенная программа Mathcad, вычисляя значение потерь, позволяет разработчикам выбирать характеристики диода на основе заданной ими эффективности (КПД).

Потери мощности в диоде повышающего преобразователя состоят из потерь проводимости и потерь при переключении. Потери проводимости в основном обусловлены прямым падением напряжения диода при заданном прямом токе. Потери при переключении, или, как мы часто говорим, коммутационные потери, связаны с потерями энергии обратного восстановления. Как уже не раз отмечалось, в SiC-диодах Шоттки потери проводимости являются основными потерями мощности, а коммутационные потери практически ничтожны, поскольку обратный ток восстановления таких диодов близок к нулю. Однако в Si-диодах все наоборот: их потери из-за затрат энергии на обратное восстановление намного превышают потери проводимости, поэтому разработчикам ИИП приходится использовать при выборе полупроводниковые устройства гораздо больших форм-факторов, что в равной степени касается и диода, и МОП-транзистора. Это необходимо для удовлетворения требованиям по эффективности и тепловым характеристикам. Чтобы избежать распространенного заблуждения относительно возможности простой замены Si-диода на SiC с одинаковым значением тока, как раз и был создан пошаговый файл Mathcad с расчетом потерь мощности SiC-диода Шоттки. Он дает разработчикам ИИП понимание, почему и насколько меньший по рабочему току SiC-диод Шоттки может заменить гораздо более мощный диод, выполненный на основе кремния.

Файл Mathcad позволяет разработчикам электропитания рассчитывать потери мощности SiC-диода Шоттки с любыми заданными требованиями и характеристиками.

Предлагаемый вариант расчета основан на принципах функционирования ККМ, выполненного по архитектуре преобразователя с повышением и использующего режим CCM. Если принимать коэффициент мощности за единичный, то в этом случае ток находится в фазе и совпадает по форме с напряжением питающей сети переменного тока, то есть он имеет форму синусоиды, а выходное напряжение ККМ является уже напряжением постоянного тока.

Потери проводимости диода при использовании SiC-диода Шоттки рассчитываются, как уже было показано выше, с использованием эквивалентной схемы, выполненной на основе источника напряжения постоянного тока V_d с последовательно включенным резистором R_d. Коммутационные потери вычисляются по потерям энергии, вызванным зарядом емкости перехода диода при заданном рабочем напряжении за один цикл переключения и умножением его на частоту коммутации. Обратите внимание, что потери, вызванные этим емкостным зарядом, включены в эту модель потерь диода, хотя такие потери обычно относят к ключам повышающих преобразователей.

Потери проводимости SiC-диода Шоттки в КММ с повышением, работающем в режиме CCM, определяются следующим образом:

Здесь I_o — выходной ток ККМ преобразователя; V_d и R_d — эквивалентное сопротивление и прямое падение напряжения при заданной температуре перехода SiC-диода Шоттки; I_d__rms — это среднеквадратичный ток через диод повышающего ККМ в течение одного периода выходного напряжения при заданной величине входного напряжения, выходном напряжении ККМ и токе нагрузки и рассчитывается как:

где h — ожидаемая эффективность ККМ преобразователя (КПД).

Потери при переключении SiC-диода Шоттки ККМ с повышением в режиме CCM определяются согласно следующему уравнению:

Здесь Q_c — общий заряд полупроводникового перехода SiC-диода Шоттки при заданном напряжении; V_o — выходное напряжение ККМ, а f_s — частота переключения преобразователя ККМ.

Общие потери на диоде ККМ с повышением, работающего в режиме CCM, представляют собой сумму потерь проводимости и потерь при переключении:

Превышение температуры перехода относительно температуры окружающей среды может быть рассчитано на основе известного теплового сопротивления «переход–корпус», которое приведено в спецификации на диод конкретного типа. Разработчики ИИП могут сами, исходя из тех или иных соображений, решить, какой из SiC-диодов Шоттки следует использовать в каждом конкретном приложении ККМ. Такой выбор должен делаться исходя из того, чтобы устройство работало с определенным запасом по тепловым характеристикам, поскольку это оказывает влияние на надежность самого диода и устройства в целом, а также отвечало бы при этом и требованиям в части эффективности (КПД).

 

Заключение

Выбор SiC-диода Шоттки для ККМ повышающего типа отличается от выбора Si-диода, в первую очередь по причине практически нулевого обратного тока, присущего диодам, выполненным по SiC-технологии. Расчет потерь для SiC-диодов Шоттки упрощается, поскольку их характеристики, в части обратного восстановления, не зависят от скорости изменения тока di/dt, прямого тока и температуры перехода. Как правило, в приложениях ККМ нет возможности использования Si-диодов малого форм-фактора, поскольку это связано с необходимостью выполнять повышенные требования к тепловому режиму таких диодов и эффективности ИИП из-за присущей последним чрезмерной потери энергии обратного восстановления. В случае с SiC-диодами Шоттки они могут быть выбраны с меньшими рабочими токами, а следовательно, и с меньшим размером кристалла. Так что в этом случае для ККМ разработчики могут использовать диоды меньших физических размеров, чем в решениях с Si-диодами, причем не только с сохранением всех заданных технических характеристик конечного продукта, а даже повышая их. С целью облегчения выбора SiC-диодов Шоттки при проектировании вторичных ИИП, использующих активный ККМ с повышением и работающий в режиме CCM, компанией Cree создан специальный файл Mathcad, облегчающий разработчикам эту задачу. В основу расчета положен детальный расчет потерь мощности на диоде.

Детальный расчет, выполненный в рамках настоящей статьи, и его результаты приводятся в файле Mathcad, который можно загрузить по ссылке.

Расчет тока через диод

Ток через идеальный диод:

Уравнение диода дает выражение для тока через диод как функцию напряжения. Закон идеального диода, выраженный как показано ниже

Где,

I = чистый ток, протекающий через диод

I ₀ = обратный ток насыщения

В = приложенное напряжение на выводах диода

q = абсолютное значение заряда электрона

k = постоянная Больцмана и

T = абсолютная температура (K).

Обратный ток насыщения (I ₀ ) — чрезвычайно важный параметр, который отличает один диод от другого. I ₀ — это мера рекомбинации в устройстве. Диод с большей рекомбинацией будет иметь большее значение I ₀ .

Обратите внимание, что,

I ₀ увеличивается с увеличением T и

I ₀ уменьшается по мере повышения качества материала.

При 300 К, kT / q = 25,85 мВ, называемое тепловым напряжением.

Ток через неидеальные диоды:

Для реальных диодов выражение принимает следующий вид:

.

Где,

n = коэффициент идеальности, число от 1 до 2, которое обычно увеличивается при уменьшении тока.

Влияние температуры на прямые характеристики диода:

Кривая характеристик кремниевого диода смещается влево со скоростью -2,5 мВ на градус Цельсия при изменении температуры в области прямого смещения.

Как показано на графике выше, кривые при различных температурах показаны далеко друг от друга только для иллюстрации. Кривая сдвигается влево со скоростью -2,5 мВ на градус Цельсия при изменении температуры. Следовательно, если температура повышается с комнатной (25 ° C) до 80 ° C, падение напряжения на диоде будет (80-25) x 2,5 мВ = 137,5 мВ.

Влияние температуры на обратные характеристики диода:

В области обратного смещения ток обратного насыщения Si- и Ge-диодов удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры.Предположим, повышение температуры с 25 ° C до 85 ° C, где обратный ток насыщения при 25 ° C составляет 100 нА. Температура увеличивается на 60 ° C (с 25 ° C до 85 ° C), что составляет 6 x 10. Следовательно, обратный ток насыщения увеличится в 26 = 64 раза. Следовательно, обратный ток насыщения при 85 ° C будет равен 100. нА x 64 = 6400 нА.

График, показывающий изменение тока обратного насыщения в зависимости от температуры, показан ниже.

Из приведенного выше графика видно, что обратный ток насыщения увеличивается с увеличением температуры.На графике также показано, как напряжение обратного пробоя изменяется с температурой. На приведенном выше графике показано, что напряжение обратного пробоя увеличивается с увеличением температуры. Однако это справедливо только для лавинных диодов. Напряжение обратного пробоя стабилитронов уменьшается с повышением температуры.

Уравнение тока диода

| Electrical4U

Что такое уравнение тока диода?

Уравнение тока диода выражает соотношение между током, протекающим через диод, в зависимости от приложенного к нему напряжения.Математически уравнение тока диода может быть выражено как:

Где

• I — ток, протекающий через диод
• I ₀ — ток темнового насыщения,
• q — заряд электрона,
• В — напряжение, приложенное к диоду,
• η — (экспоненциальный) коэффициент идеальности.
• — постоянная Больцмана
• T — абсолютная температура в Кельвинах.

В этом уравнении необходимо подробно обсудить два параметра.

Это I ₀ , ток темного насыщения, и η, (экспоненциальный) коэффициент идеальности.

Темновой ток насыщения (I ₀ ) указывает плотность тока утечки, протекающего через диод в отсутствие света (отсюда «темнота»).

Этот параметр является характеристикой рассматриваемого диода и указывает степень рекомбинации, которая происходит внутри него.

То есть I ₀ будет больше для диода, в котором скорость рекомбинации выше, и наоборот.Кроме того, его значение прямо пропорционально абсолютной температуре и обратно пропорционально качеству материала.

η, (экспоненциальный) коэффициент идеальности

Коэффициент идеальности (η) указывает на близость, с которой рассматриваемый диод ведет себя по отношению к идеальному диоду.

То есть, если рассматриваемый диод ведет себя точно так же, как диод идеального, тогда η будет 1. Его значение увеличивается с 1 по мере увеличения разницы в поведении идеального диода и рассматриваемого диода: больше отклонение , больше значение η.

Значение η обычно принимается равным 1 для германиевых диодов и 2 для кремниевых диодов.

Однако его точное значение для данного диода зависит от различных факторов, таких как дрейф электронов, диффузия, рекомбинация носителей, которая происходит в обедненной области, уровень его легирования, технология изготовления и чистота его материалов.

Кроме того, его значение также зависит от величины тока и уровня напряжения. Тем не менее, в большинстве случаев его значение находится в диапазоне от 1 до 2.

При прямом смещении через диод протекает большой ток. Таким образом, уравнение тока диода (уравнение 1) становится

. С другой стороны, если диод смещен в обратном направлении, то экспоненциальный член в уравнении (1) становится незначительным. Таким образом, у нас есть

Теперь давайте рассмотрим режим, в котором уравнение тока диода принимает свою форму, когда у нас есть диод, работающий при комнатной температуре. В этом случае T = 300 K, также, и.Таким образом,

При возвратно-поступательном движении получается 25,87 мВ, что называется тепловым напряжением. Таким образом, уравнение диода при комнатной температуре становится

(PDF) Простая формула для расчета изменений сопротивления диодного перехода в зависимости от мощности РЧ последовательного диодного детектора Шоттки

DOI: 10.13140 / RG.2.2.27882.31681

 Аннотация — На основе по методу Ритца-Галеркина в этой статье

представлена ​​простая формула, которую можно использовать для расчета дифференциального входного импеданса

и частотной характеристики диодного детектора

.Результаты расчетов представлены для нескольких конфигураций схемы

и подтверждены ADS.

Ключевые слова — диод Шоттки, модель детектора, вход

импеданс, частотная характеристика

I. ВВЕДЕНИЕ

Было показано [1] [2], что можно использовать метод усреднения Ritz-Galerkin (RG)

для расчета передаточной функции

последовательного диодного детектора с хорошей точностью. Анализ

был расширен [3] на частотную область, а

использовался для расчета дифференциального входного импеданса.Однако при

количество условий Ритца, которые должны быть выполнены для выполнения анализа

, представленного в [3], равно трем, что, очевидно, на

труднее выполнить, чем если бы требовалось только одно условие Ритца.

Более того, сложность анализа

резко возрастает, когда рассматривается структура детектора, включающая более одного диода

.

В этой статье предлагается простая формула для расчета изменения сопротивления диодного перехода

в зависимости от мощности.Эта формула

используется с методом усреднения Ритца-Галеркина, включающим

только одно условие.

После определения нелинейной модели диода Шоттки, дифференциальное уравнение

, описывающее общую структуру детектора, будет

. Применение метода R-G к этому дифференциальному уравнению

приводит к решению в замкнутой форме. Результирующий алгоритм анализа

затем используется для расчета производительности цепей детектора

в нескольких различных приложениях.Представлены зависимости выходного напряжения постоянного тока

, дифференциального входного импеданса от уровня входной ВЧ мощности

. Прогнозируемые результаты

оказались очень хорошо согласующимися с результатами моделирования ADS.

II. НЕЛИНЕЙНЫЙ АНАЛИЗ

На рис. 1 (а) показана типичная модель микроволнового диодного детектора серии

, связанного по переменному току. Эту схему можно разделить на две части

, первая из которых является входной сетью, а вторая — нелинейной

X.Ле Полозек работает в отделе взаимодействия IP & Transport, Ericsson,

91348 Massy, ​​France (электронная почта: [email protected]).

часть, включая диод и выходную цепь. Сеть входа

гарантирует, что вход

детектора эффективно закорочен для постоянного тока (обеспечивая путь обратного тока для диода), а на

все радиочастотные частоты, кроме основной частоты, на которую он настроен.

Диод может смещаться от внешнего источника тока I0.

A. Характеристика диода Шоттки

Диод Шоттки моделируется как варисторный элемент, который подчиняется следующему закону iv:

)

, где



= q / (kT) — величина, обратная термической напряжение, q — заряд электрона

, k — постоянная Больцмана, T — физическая температура

в градусах Кельвина, n — коэффициент идеальности диода

, который считается независимым от температуры.Модель диода

включает последовательное сопротивление Rs, которое считается независимым от

как напряжения, так и температуры. Емкость перехода Cj составляет

, также предполагается, что она не зависит от температуры, но зависит от напряжения

в соответствии с:

Стабилитроны, характеристики, расчеты

Стабилитроны, названные в честь своего изобретателя доктора Карла Зенера, в основном используются в электронных схемах для генерации точные эталоны напряжения. Это устройства, которые способны создавать практически постоянное напряжение на них независимо от изменений в схемах и напряжениях.

Внешне вы можете найти стабилитроны, очень похожие на стандартные диоды, такие как 1N4148. Стабилитроны также работают, преобразуя переменный ток в пульсирующий постоянный ток, как и их традиционные альтернативы. Однако, в отличие от стандартных выпрямительных диодов, стабилитроны сконфигурированы так, что их катод напрямую соединен с плюсом источника питания, а анод — с отрицательным источником питания.

Характеристики

В стандартной конфигурации стабилитроны демонстрируют высокое сопротивление ниже определенного критического напряжения (известного как напряжение Зериера).Когда это конкретное критическое напряжение превышается, активное сопротивление стабилитрона падает до чрезвычайно низкого уровня.

И при этом низком значении сопротивления эффективное постоянное напряжение поддерживается на стабилитронах, и можно ожидать, что это постоянное напряжение будет сохраняться независимо от любого изменения тока источника.

Проще говоря, всякий раз, когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное значение стабилитрона, стабилитрон проводит и заземляет избыточное напряжение. Из-за этого напряжение падает ниже напряжения стабилитрона, которое отключает стабилитрон, и источник питания снова пытается превысить напряжение стабилитрона, снова включая стабилитрон.Этот цикл быстро повторяется, что в конечном итоге приводит к стабилизации выходного сигнала точно при постоянном значении напряжения стабилитрона.

Эта характеристика графически выделена на рисунке ниже, который показывает, что выше «напряжения стабилитрона» обратное напряжение остается почти постоянным даже при изменении обратного тока. В результате стабилитроны часто используются для получения постоянного падения напряжения или опорного напряжения с их внутренним сопротивлением.

Стабилитроны

разработаны для различных номинальных мощностей и номинального напряжения от 2.От 7 вольт до 200 вольт. (Однако в большинстве случаев стабилитроны со значениями намного выше 30 В почти никогда не используются.)

Работа базовой схемы стабилитрона

Стандартная схема регулятора напряжения, использующая один резистор и стабилитрон, показана на следующем изображении. Здесь предположим, что значение стабилитрона составляет 4,7 В, а напряжение питания V in равно 8,0 В.

Основы работы стабилитрона можно объяснить следующими пунктами:

При отсутствии нагрузки на цепи. выход стабилитрона, а 4.На стабилитроне можно увидеть падение 7 Вольт, в то время как на резисторе R создается отсечка 2,4 Вольт. Стабилитрон должен по-прежнему поддерживать номинальное значение 4,7 В.

Однако падение напряжения на резисторе R можно было увидеть повышенным с 2,4 В до 3,4 В.

Можно ожидать, что падение напряжения на идеальном стабилитроне будет довольно постоянным. На практике вы можете обнаружить, что напряжение на стабилитроне немного увеличивается из-за динамического сопротивления стабилитрона.

Процедура, посредством которой вычисляется изменение напряжения стабилитрона, заключается в умножении динамического сопротивления стабилитрона на изменение тока стабилитрона.

Резистор R1 в приведенной выше базовой конструкции регулятора символизирует предпочтительную нагрузку, которая может быть подключена к стабилитрону. R1 в этой связи будет потреблять определенное количество тока, проходящего через стабилитрон.

Поскольку ток в Rs будет выше, чем ток, поступающий в нагрузку, некоторое количество тока будет продолжать проходить через стабилитрон, обеспечивая совершенно постоянное напряжение на стабилитроне и нагрузке.

Указанный последовательный резистор Rs следует определять таким образом, чтобы наименьший ток, входящий в стабилитрон, всегда был выше минимального уровня, указанного для стабильного регулирования от стабилитрона. Этот уровень начинается сразу под «изломом» кривой обратного напряжения / обратного тока, как показано на предыдущей графической диаграмме выше.

Вы должны дополнительно убедиться, что выбор Rs гарантирует, что ток, проходящий через стабилитрон, никогда не выходит за пределы его номинальной мощности: которая может быть эквивалентна напряжению стабилитрона x току стабилитрона.Это наибольшая величина тока, которая может пройти через стабилитрон при отсутствии нагрузки R1.

Как рассчитать стабилитроны

Спроектировать базовую схему стабилитрона на самом деле просто и можно реализовать с помощью следующих инструкций:

1. Определите максимальный и минимальный ток нагрузки (Li), например 10 мА и 0 мА.
2. Определите максимальное возможное напряжение питания, например уровень 12 В, при этом убедитесь, что минимальное напряжение питания всегда равно 1.5 В + Vz (номинальное напряжение стабилитрона).
3. Как указано в базовой конструкции регулятора, необходимое выходное напряжение, которое эквивалентно напряжению стабилитрона Vz = 4,7 В, и выбранный наименьший ток стабилитрона составляет 100 мкА . Это означает, что максимальный предполагаемый ток стабилитрона здесь составляет 100 микроампер плюс 10 миллиампер, что составляет 10,1 миллиампер.
4. Последовательный резистор Rs должен обеспечивать минимальную величину тока 10,1 мА, даже если входное напряжение является самым низким заданным уровнем, равным 1.На 5 В выше, чем выбранное значение стабилитрона Vz, и может быть рассчитано с использованием закона Ома как: Rs = 1,5 / 10,1 x 10 ^-3 = 148,5 Ом. Ближайшее стандартное значение составляет 150 Ом, поэтому Rs может составлять 150 Ом.
5. Если напряжение питания повышается до 12 В, падение напряжения на Rs будет Iz x Rs, где Iz = ток через стабилитрон. Следовательно, применяя закон Ома, мы получаем Iz = 12 — 4,7 / 150 = 48,66 мА
6. Выше указан максимальный ток, который может пройти через стабилитрон.Другими словами, максимальный ток, который может протекать при максимальной выходной нагрузке или при максимальном заданном входном напряжении питания. В этих условиях стабилитрон будет рассеивать мощность Iz x Vz = 48,66 x 4,7 = 228 мВт. Ближайшее стандартное значение номинальной мощности для этого составляет 400 мВт.

Влияние температуры на стабилитроны

Наряду с параметрами напряжения и нагрузки стабилитроны также довольно устойчивы к колебаниям температуры вокруг них. Однако в некоторой степени температура может оказывать некоторое влияние на устройство, как показано на графике ниже:

Здесь показана кривая температурного коэффициента стабилитрона.Хотя при более высоких напряжениях кривая коэффициента соответствует примерно 0,1% на градус Цельсия, она проходит через ноль при 5 В, а затем становится отрицательной для более низких уровней напряжения. В конце концов он достигает -0,04% на градус Цельсия при напряжении около 3,5 В.

Использование стабилитрона в качестве датчика температуры

Одним из хороших способов использования чувствительности стабилитрона к изменению температуры является применение устройства в качестве датчика температуры, как показано ниже. диаграмма

На схеме показана мостовая схема, построенная с использованием пары резисторов и пары стабилитронов с идентичными характеристиками.Один из стабилитронов работает как генератор опорного напряжения, а другой стабилитрон используется для измерения изменений уровней температуры.

Стандартный стабилитрон 10 В может иметь температурный коэффициент + 0,07% / ° C, что может соответствовать изменению температуры 7 мВ / ° C. Это создаст дисбаланс около 7 мВ между двумя плечами моста на каждый градус Цельсия изменения температуры. Измеритель полной шкалы FSD на 50 мВ можно использовать в указанном положении для отображения соответствующих показаний температуры.

Настройка значения стабилитрона

Для некоторых схемных приложений может потребоваться точное значение стабилитрона, которое может быть нестандартным или недоступным.

Для таких случаев может быть создан массив стабилитронов, который затем может быть использован для получения желаемого настраиваемого значения стабилитрона, как показано ниже:

В этом примере многие настраиваемые нестандартные значения стабилитрона могут быть получены в различных клеммы, как описано в следующем списке:

Вы можете использовать другие значения в указанных позициях, чтобы получить множество других настраиваемых наборов выходных стабилитронов

Стабилитроны с питанием переменного тока

Стабилитроны

обычно используются с источниками постоянного тока, однако эти устройства также могут быть разработаны для работы с источниками переменного тока.Некоторые применения стабилитронов переменного тока включают аудио, радиочастотные цепи и другие формы систем управления переменным током.

Как показано в приведенном ниже примере, когда источник переменного тока используется с стабилитроном, стабилитрон мгновенно будет проводить, как только сигнал переменного тока перейдет от нуля к отрицательной половине своего цикла. Поскольку сигнал отрицательный, переменный ток будет закорочен через анод на катод стабилитрона, в результате чего на выходе появится 0 В.

Когда источник переменного тока проходит через положительную половину цикла, стабилитрон не проводит ток, пока переменный ток не поднимется до уровня напряжения стабилитрона.Когда сигнал переменного тока пересекает напряжение стабилитрона, стабилитрон проводит и стабилизирует выходной сигнал до уровня 4,7 В, пока цикл переменного тока не упадет обратно до нуля.

Помните, что при использовании стабилитрона с входом переменного тока убедитесь, что Rs рассчитывается в соответствии с пиковым напряжением переменного тока.

В приведенном выше примере выход не симметричный, а пульсирующий 4,7 В постоянного тока. Чтобы получить на выходе симметричное 4,7 В переменного тока, можно подключить два стабилитрона, как показано на схеме ниже

Подавление шума стабилитрона

Хотя стабилитроны обеспечивают быстрый и простой способ создания стабилизированных выходов с фиксированным напряжением. , у него есть один недостаток, который может повлиять на чувствительные звуковые цепи, такие как усилители мощности.

Стабилитроны создают шум во время работы из-за лавинного эффекта перехода при переключении в диапазоне от 10 мкВ до 1 мВ. Это можно подавить, добавив конденсатор параллельно стабилитрону, как показано ниже:

Емкость конденсатора может быть между 0,01 мкФ и 0,1 мкФ, что позволит подавить шум в 10 раз и будет поддерживать наилучшая стабилизация напряжения.

На следующем графике показано влияние конденсатора на снижение шума стабилитрона.

Использование стабилитрона для фильтрации пульсаций напряжения

Стабилитроны также могут применяться в качестве эффективных фильтров пульсаций напряжения, точно так же, как они используются для стабилизации переменного напряжения.

Благодаря чрезвычайно низкому динамическому сопротивлению стабилитроны могут работать как фильтр пульсаций точно так же, как и конденсатор фильтра.

Очень впечатляющую фильтрацию пульсаций можно получить, подключив стабилитрон через нагрузку к любому источнику постоянного тока. Здесь напряжение должно быть таким же, как и уровень пульсации.

В большинстве схемных приложений он может работать так же эффективно, как и типичный сглаживающий конденсатор емкостью несколько тысяч микрофарад, что приводит к значительному снижению уровня пульсаций напряжения, накладываемых на выход постоянного тока.

Как увеличить допустимую мощность стабилитрона

Простой способ увеличить допустимую мощность стабилитрона, вероятно, состоит в том, чтобы просто подключить их параллельно, как показано ниже:

Однако на практике это может быть не так просто, как кажется, и может работать не так, как задумано.Это связано с тем, что, как и любое другое полупроводниковое устройство, стабилитроны также никогда не имеют точно идентичных характеристик, поэтому один из стабилитронов может проводить перед другим, протягивая через себя весь ток, в конечном итоге разрушаясь.

Быстрый способ решения этой проблемы может заключаться в добавлении последовательных резисторов низкого номинала к каждому стабилитрону, как показано ниже, что позволит каждому стабилитрону равномерно распределять ток за счет компенсации падений напряжения, создаваемых резисторами R1 и R2:

Несмотря на то, что пропускная способность по мощности может быть увеличена путем параллельного подключения стабилитронов, гораздо более совершенным подходом может быть добавление шунтирующего BJT в сочетании с стабилитроном, настроенным в качестве опорного источника.См. Следующий пример схемы.

Добавление шунтирующего транзистора не только увеличивает пропускную способность стабилитрона в 10 раз, но и дополнительно улучшает уровень стабилизации выходного напряжения, который может достигать указанного коэффициента усиления по току транзистора.

Этот тип стабилизатора стабилитрона на шунтирующих транзисторах может использоваться в экспериментальных целях, поскольку схема имеет 100% защиту от короткого замыкания. Тем не менее, конструкция довольно неэффективна, поскольку транзистор может рассеивать значительное количество тока при отсутствии нагрузки.

Для получения еще лучших результатов, стабилизатор с последовательным транзистором, показанный ниже, выглядит лучшим и предпочтительным вариантом.

В этой схеме стабилитрон создает опорное напряжение для последовательного транзистора, который, по сути, работает как эмиттерный повторитель. В результате напряжение эмиттера поддерживается в пределах нескольких десятых вольт от напряжения базы транзистора, создаваемого стабилитроном. Следовательно, транзистор работает как последовательный компонент и позволяет эффективно контролировать колебания напряжения питания.

Теперь весь ток нагрузки проходит через этот последовательный транзистор. Пропускная способность этого типа конфигурации полностью определяется стоимостью и спецификацией транзисторов, а также зависит от эффективности и качества используемого радиатора.

Превосходное регулирование может быть достигнуто за счет вышеупомянутой конструкции с использованием резистора серии 1 кОм. Регулировку можно увеличить в 10 раз, заменив нормальный стабилитрон на специальный низкодинамический стабилитрон, такой как 1N1589).

В случае, если вы хотите, чтобы вышеуказанная схема обеспечивала регулируемый выходной сигнал с переменным напряжением, этого можно легко добиться, используя потенциометр 1K на стабилитроне. Это позволяет регулировать переменное опорное напряжение на базе последовательного транзистора.

Однако эта модификация может привести к снижению эффективности регулирования из-за некоторого эффекта шунтирования, создаваемого потенциометром.

Схема стабилитрона постоянного тока

Простой стабилизируемый стабилитроном источник постоянного тока может быть спроектирован на одном транзисторе в качестве последовательного переменного резистора.На рисунке ниже показана основная принципиальная схема.

Здесь вы можете увидеть пару проходов схемы, один через стабилитрон, подключенный последовательно с резистором смещения, а другой путь через резисторы R1, R2 и последовательный транзистор.

В случае отклонения тока от исходного диапазона он вызывает пропорциональное изменение уровня смещения R3, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное увеличение или уменьшение сопротивления последовательного транзистора.

Эта регулировка сопротивления транзистора приводит к автоматической корректировке выходного тока до желаемого уровня.Точность управления током в этой конструкции будет около +/- 10% в зависимости от выходных условий, которые могут варьироваться от короткого замыкания до нагрузки до 400 Ом.

Схема последовательного переключения реле с использованием стабилитрона

Если у вас есть приложение, в котором требуется последовательно переключать набор реле на выключатель питания, а не все вместе, тогда следующая конструкция может оказаться весьма удобной.

Здесь последовательно увеличивающиеся стабилитроны устанавливаются последовательно с группой реле вместе с отдельными последовательными резисторами с малым номиналом.При включении питания стабилитроны проводят один за другим последовательно в порядке возрастания их значений стабилитрона. Это приводит к последовательному включению реле в соответствии с требованиями приложения. Значения резисторов могут составлять 10 Ом или 20 Ом в зависимости от величины сопротивления катушки реле.

Схема стабилитрона для защиты от перенапряжения

Благодаря их характеристикам, чувствительным к напряжению, можно комбинировать стабилитроны с характеристиками чувствительных к току предохранителей для защиты критически важных компонентов схемы от скачков высокого напряжения и, кроме того, устраняя проблемы с предохранителями. частое сгорание, что может произойти, особенно когда номинал предохранителя очень близок к рабочему току схемы.

При подключении стабилитрона с правильным номиналом поперек нагрузки можно использовать предохранитель, рассчитанный на выдержку заданного тока нагрузки в течение продолжительных периодов времени. В этой ситуации предположим, что входное напряжение увеличивается до такой степени, что превышает напряжение пробоя стабилитрона — это заставит стабилитрон проводить ток. Это вызовет внезапное увеличение тока и почти мгновенно сгорит предохранитель.

Преимущество этой схемы состоит в том, что она предотвращает частое и непредсказуемое срабатывание предохранителя из-за его близкого значения предохранителя к току нагрузки.Вместо этого предохранитель перегорает только тогда, когда напряжение и ток действительно поднимаются выше указанного опасного уровня.

Схема защиты от пониженного напряжения с использованием стабилитрона

Реле и правильно подобранный стабилитрон достаточно для создания точной схемы защиты от пониженного или пониженного напряжения для любого желаемого применения. Принципиальная схема представлена ​​ниже:

Операция на самом деле очень проста, напряжение Vin, получаемое от сети трансформаторного моста, изменяется пропорционально в зависимости от изменений входного переменного тока.Это означает, что если предположить, что 220 В соответствует 12 В от трансформатора, то 180 В должно соответствовать 9,81 В и так далее. Следовательно, если предполагается, что 180 В является порогом отсечки низкого напряжения, то выбор стабилитрона в качестве устройства на 10 В отключит работу реле всякий раз, когда входной переменный ток падает ниже 180 В.

Как рассчитать диод

При расчете схемы питания важно правильно рассчитать параметры установленных в ней диодов.Следует учитывать максимальное напряжение на диоде, максимальный ток диода, а также рассеиваемую мощность диодов, по которой рассчитываются их излучатели.

Вам понадобится

• — справочник по полупроводниковым диодам;
• — калькулятор;
• — бумага;
• — ручка.

Инструкция по эксплуатации

1

Определяют основные параметры будущего выпрямителя: выходное напряжение (определяется напряжением трансформатора и конструкцией выпрямителя) и развиваемую мощность, исходя из которых рассчитывают требуемый максимальный ток диодов.Для этого необходимо разделить значение необходимой мощности на значение эффективного напряжения при максимальной нагрузке. Получите расчетный максимальный ток, протекающий через выпрямитель.

2

Решите, по какой схеме вы будете делать выпрямитель — полуволновой (четвертьмостовой), полуволновой (полумост со средней точкой), полуволновой полный мост. У каждой схемы есть свои достоинства и недостатки.

3

В полуволновом (четвертьмостовом) выпрямителе установите один диод, такой выпрямитель требует меньше места.При расчете максимального тока диода учитывайте, что весь ток нагрузки протекает через него. Значение тока, указанное на паспортной табличке (согласно справочнику), должно превышать расчетное значение максимального тока на 30%.

4

В однополупериодный выпрямитель со средней точкой установить 2 диода. В таком выпрямителе ток попеременно течет через оба диода. Но такая схема выпрямителя требует специального трансформатора с отводом от середины вторичной обмотки.

5

В однополупериодный выпрямитель (полный мост) установить 4 диода. Эта схема вырабатывает ток с удвоенной частотой пульсаций, который затем легче уменьшить с помощью сглаживающего конденсатора или стабилизатора.

6

Во всех случаях номинальное напряжение диодов должно быть в 2 раза выше максимального напряжения на выходе выпрямителя. Делают такой запас по напряжению за счет того, что при нагревании напряжение пробоя диодов уменьшается.

7

Определите из справочника максимальный ток используемого диода, при котором он может работать без радиатора.Если в вашем выпрямителе через диод протекает больший ток, установите его на радиатор. Определите размер радиатора в зависимости от его конструкции и материала, из которого он будет изготовлен.

% PDF-1.3 % 42 0 объект > эндобдж xref 42 259 0000000016 00000 н. 0000005529 00000 н. 0000006895 00000 н. 0000007110 00000 н. 0000007395 00000 н. 0000007584 00000 н. 0000007790 00000 н. 0000008054 00000 н. 0000008483 00000 н. 0000008746 00000 н. 0000008912 00000 н. 0000009105 00000 н. 0000009418 00000 н. 0000009680 00000 н. 0000009846 00000 н. 0000010070 00000 п. 0000010252 00000 п. 0000010695 00000 п. 0000010746 00000 п. 0000011084 00000 п. 0000011399 00000 п. 0000011656 00000 п. 0000011993 00000 п. 0000012159 00000 п. 0000012345 00000 п. 0000012620 00000 н. 0000012867 00000 п. 0000013111 00000 п. 0000013422 00000 п. 0000013745 00000 п. 0000013941 00000 п. 0000014179 00000 п. 0000014440 00000 п. 0000014699 00000 п. 0000014876 00000 п. 0000015117 00000 п. 0000015442 00000 п. 0000015753 00000 п. 0000016068 00000 н. 0000016281 00000 п. 0000016612 00000 п. 0000016883 00000 п. 0000017217 00000 п. 0000017533 00000 п. 0000017802 00000 п. 0000018027 00000 п. 0000018335 00000 п. 0000018643 00000 п. 0000018923 00000 п. 0000019104 00000 п. 0000019277 00000 п. 0000019486 00000 п. 0000019784 00000 п. 0000020033 00000 п. 0000020306 00000 п. 0000020540 00000 п. 0000020795 00000 п. 0000021053 00000 п. 0000021309 00000 п. 0000021657 00000 п. 0000021709 00000 п. 0000021944 00000 п. 0000022180 00000 п. 0000022444 00000 п. 0000022678 00000 п. 0000022957 00000 п. 0000023238 00000 п. 0000023469 00000 п. 0000023521 00000 п. 0000023669 00000 п. 0000023921 00000 п. 0000024164 00000 п. 0000024426 00000 п. 0000024663 00000 п. 0000024920 00000 н. 0000025188 00000 п. 0000025402 00000 п. 0000025718 00000 п. 0000026107 00000 п. 0000026394 00000 п. 0000026680 00000 п. 0000027018 00000 п. 0000027341 00000 п. 0000027666 00000 п. 0000028011 00000 п. 0000028324 00000 п. 0000028614 00000 п. 0000028879 00000 п. 0000029252 00000 п. 0000029419 00000 п. 0000029626 00000 п. 0000029944 00000 н. 0000030251 00000 п. 0000030491 00000 п. 0000030716 00000 п. 0000030991 00000 п. 0000031269 00000 п. 0000031498 00000 п. 0000031798 00000 п. 0000032120 00000 н. 0000032421 00000 п. 0000032775 00000 п. 0000033019 00000 п. 0000033335 00000 п. 0000033590 00000 п. 0000033795 00000 п. 0000033961 00000 п. 0000034263 00000 п. 0000034433 00000 п. 0000034809 00000 п. 0000034861 00000 п. 0000035102 00000 п. 0000035501 00000 п. 0000035814 00000 п. 0000036031 00000 п. 0000036166 00000 п. 0000036518 00000 п. 0000036729 00000 н. 0000036972 00000 п. 0000037269 00000 п. 0000037569 00000 п. 0000037890 00000 н. 0000038076 00000 п. 0000038331 00000 п. 0000038593 00000 п. 0000038903 00000 п. 0000039202 00000 п. 0000039464 00000 н. 0000039712 00000 п. 0000039968 00000 н. 0000040362 00000 п. 0000040403 00000 п. 0000040704 00000 п. 0000040971 00000 п. 0000041224 00000 п. 0000041528 00000 п. 0000041846 00000 п. 0000042131 00000 п. 0000042479 00000 п. 0000042531 00000 п. 0000042855 00000 п. 0000043128 00000 п. 0000043419 00000 п. 0000043728 00000 п. 0000044012 00000 п. 0000044290 00000 н. 0000044615 00000 п. 0000044967 00000 п. 0000045187 00000 п. 0000045438 00000 п. 0000045708 00000 п. 0000045887 00000 п. 0000046147 00000 п. 0000046410 00000 п. 0000046635 00000 п. 0000046844 00000 п. 0000047111 00000 п. 0000047382 00000 п. 0000047607 00000 п. 0000047874 00000 п. 0000048101 00000 п. 0000048377 00000 п. 0000048694 00000 п. 0000049074 00000 н. 0000049340 00000 п. 0000049568 00000 п. 0000049762 00000 п. 0000050071 00000 п. 0000050335 00000 п. 0000050551 00000 п. 0000050810 00000 п. 0000051076 00000 п. 0000051338 00000 п. 0000051576 00000 п. 0000051836 00000 п. 0000052137 00000 п. 0000052445 00000 п. 0000052614 00000 п. 0000052985 00000 п. 0000053203 00000 п. 0000053464 00000 п. 0000053714 00000 п. 0000053892 00000 п. 0000054184 00000 п. 0000054446 00000 п. 0000054731 00000 п. 0000055574 00000 п. 0000055881 00000 п. 0000056139 00000 п. 0000056332 00000 п. 0000056453 00000 п. 0000056757 00000 п. 0000057279 00000 н. 0000057331 00000 п. 0000057353 00000 п. 0000058029 00000 п. 0000058259 00000 п. 0000058435 00000 п. 0000058534 00000 п. 0000058724 00000 п. 0000058986 00000 п. 0000059248 00000 п. 0000059285 00000 п. 0000059350 00000 п. 0000059402 00000 п. 0000059570 00000 п. 0000059794 00000 п. 0000059846 00000 п. 0000060111 00000 п. 0000060375 00000 п. 0000060617 00000 п. 0000060881 00000 п. 0000061038 00000 п. 0000061300 00000 н. 0000061556 00000 п. 0000061795 00000 п. 0000061817 00000 п. 0000062473 00000 п. 0000062495 00000 п. 0000062995 00000 п. a @ cO> o65kuiJt = vpf

Калькуляторы

Транзисторный калькулятор Avalance

AL1663 Калькулятор (конструкция Flyback)

AL1665 Калькулятор (версия Buck-Boost)

AL1665 Калькулятор (версия Flyback)

AL1672 Калькулятор (Buck Design 1.0)

Расчетный калькулятор

AL1673 (версия Flyback)

AL1676 Универсальный калькулятор расчета конструкции бакена

AL1692 Калькулятор (Buck-Boost Design-v1.1)

AL1692 Калькулятор (FlyBack Design v1.0)

AL16937 Калькулятор (Buck Design 1.0)

AL1696 Калькулятор (Buck-Boost Design v1.1)

AL1697 Калькулятор (Buckboost Design-v2.3)

AL1698 Калькулятор дизайна Buckboost v1.1

AL17050 Калькулятор

AL17150 Калькулятор

AL1783 Калькулятор проектирования

AL1788 Калькулятор (конструкция Flyback)

AL1788 Калькулятор (дизайн Flyback) (китайский)

AL8822 Калькулятор

AL8823 Калькулятор

AL8871Q Калькулятор

AL3022 Калькулятор

AL3050 Калькулятор

AL3065A Калькулятор

AL3353 Калькулятор

AL5822 Калькулятор

AL8805 Калькулятор

AL8806 Калькулятор

Калькулятор серии AL8807

AL8843 Калькулятор

AL8853 Калькулятор

AL8860 Калькулятор

AL8861 Калькулятор

AL8862 Калькулятор

AL8862Q Калькулятор

AL8863 Калькулятор

AL9910 Калькулятор

AP1682E Калькулятор с изолированной обратной связью

AP3019A Калькулятор

AP3032 Калькулятор

AP3036B Калькулятор

AP3041 Калькулятор

AP3108L Инструмент расчета конструкции ТТР AC-DC

AP3301 Инструмент расчета конструкции ТТР AC-DC

AP3302 Инструмент расчета конструкции ТТР AC-DC

AP3303 Инструмент расчета конструкции ТТР AC-DC

AP3781 Калькулятор

AP3783 Калькулятор проектирования PSR AC-DC

AP3785 Расчетный калькулятор PSR AC-DC

AP3917 Калькулятор проектирования

AP3981 Калькулятор проектирования PSR AC-DC

AP61100, AP61102, AP61300, AP61302 Расчет дизайна

AP62150, AP6220x, AP62250, AP6230x, AP6240x Расчет дизайна

Калькулятор проектирования AP62500, AP62600, AP62800

AP63200, AP63201, AP63203, AP63205, AP63300, AP63301 Расчет дизайна

BCR420 / 1 Калькулятор

BCR430UW6 Калькулятор

Калькулятор монитора тока

: — ZXCT series

DLD101 Помощь в дизайне

Драйвер мощного светодиода: — ZXLD1350

Драйвер мощного светодиода: — ZXLD1360

Зарядное устройство линейное

Многофункциональный калькулятор для AP88XX

PAM2861 Калькулятор

PAM2863 Калькулятор

Калькулятор драйвера затвора силового полевого МОП-транзистора

Калькулятор синхронного контроллера ZXGD310x

Селектор MOSFET ZXGD3101 для резонансного преобразователя

ZXLD1320 Калькулятор

ZXLD135X_136X_Multi_device_Calculator

ZXLD1370 Калькулятор

ZXLD1371 Калькулятор

ZXLD1374 Калькулятор

Калькулятор прямой связи ZXSC300

.