Как правильно подобрать диоды для диодного моста, выпрямителя – основные параметры, на которые нужно обращать внимание | ЭлектроХобби
Обычный выпрямительный диодный мост содержит в себе 4 одинаковых диода. Он может быть спаян самостоятельно из подходящих диодов, а может иметь вид готовой выпрямительной диодной сборки. Эта сборка имеет целостный вид, продаваемая отдельным компонентом. Но общая суть, как у спаянного моста, так и у диодной сборки, одна и та же. Как и их основные характеристики.
На вход диодного моста, выпрямителя подается переменное напряжение, а на его выходе мы уже имеем постоянное напряжение, выпрямленный ток (без сглаживающего конденсатора этот ток имеет скачкообразный вид). Ниже приведена простейшая схема трансформаторного блока питания, где работает диодный мост, выпрямитель.
Схема простейшего трансформаторного блока питания с диодным мостом Внешний вид простого, уже спаянного выпрямительного диодного моста представлен на картинке ниже (содержит 4 одинаковых диода типа 1n4007).
Этот диодный мост способен выпрямлять электрический ток до 1 ампера (при температуре 75°С). Импульсный ток, максимальный до 30 ампер. Обратное напряжение, с которым диоды могут нормально работать это до 1000 вольт. Максимальная частота переменного тока может быть до 1 МГц. Диапазон рабочих температур -65…+175°С. Величина падение напряжения на каждом диоде (при токе в 1 ампер) будет 1,1 вольта.
Из выше написанного видно, что у диодных мостов есть много весьма значимых параметров, которые обязательно нужно учитывать при их выборе. Но если напряжения в 1000 вольт (при обратном включении диода) может хватить для многих электронных схем, где применяется выпрямитель, то силы тока до 1 ампера может быть маловато. И тут понадобятся совсем уже другие выпрямительные диоды.
Как выглядят различные выпрямительные диодные мосты и выпрямительные сборкиНу, а теперь о том, на какие основные и наиболее важные параметры выпрямительных диодов и диодных мостов стоит обращать внимание при их подборе.
1. Максимальный прямой ток (постоянный), с которым могут работать выпрямительные диоды в диодном мосте при своем прямом включении. Именно на эту характеристику, в первую очередь, стоит обращать внимание. Более того, по возможности диоды по току должны иметь некий запас. Минимальный запас должен быть не менее 25%, а лучше брать 50%, а то, и вовсе 100%. Это позволит диодному мосту выдерживать перегрузки, что могу возникать по тем или иным причинам. Допустим, вы к своему трансформаторному блоку питания подсоединили нагрузку с достаточно маленьким сопротивлением, а то, и вовсе произошло непредвиденное короткое замыкание. А защита от КЗ и перегрузки в таком БП отсутствует. Вот вам перегрузка по току. Конечно этот чрезмерный ток еще будет идти через диоды выпрямительного моста. Диоды, не имеющие запаса по току, скорей всего перегорят.
2. Максимальное обратное напряжение. Обратное напряжение, это то напряжение, что прикладывается между анодом и катодом выпрямительного диода при его обратном подключении.
Поскольку в этом состоянии диод (полупроводник) находится в закрытом состоянии, то все это приложенное напряжение будет пытаться сдерживать имеющийся p-n переход диода. С этой характеристикой дело обстоит проще. Практически все современные выпрямительные диоды легко могут справятся с достаточно большим обратным напряжением. Допустим, такой популярный диод как 1n4007 может выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт (при своих небольших размерах). Поскольку такие высокие напряжения практически не используются в низковольтной электронике, то с данным параметром проблем не возникнет. Имея дело с незнакомым диодом лучше величину этого напряжения уточнить для себя. И обязательно у диода должен быть запас по обратному напряжению (от 50% до 100%). Это если вы используете старотипные диоды для своего моста.
3. Величина падения напряжения на диоде при его прямом включении. На диоде, при прямом его включении, будет возникать некоторое падение напряжения. Для кремневых диодов величина этого напряжения находится в пределах 0,6-1,4 вольта.
Учтите, что чем больше сила тока, протекающего через диод, тем больше будет это падение напряжения. А чем больше это падение напряжение (при больших токах), тем сильнее будет нагреваться выпрямительный диод в мосте. Увеличивается мощность, рассеиваемая в тепло, а это уже не экономично! К тому же, это требует дополнительного охлаждения (установка радиатора). Учитывая это стараемся подбирать выпрямительные диоды, имеющие минимальное падение напряжения. Для некоторых схем лучше применять диоды Шоттки (они имеют уменьшенное падение напряжения около 0,3V).
4. Максимальная рабочая частота диода. В случае, когда вы планируете диодный выпрямитель использовать для трансформаторного блока питания (на 50 Гц), то тут за частоту можно даже не суетиться. Если же хотите использовать выпрямитель в импульсном блоке питания, то медленные диоды лучше не применять для выпрямления. Этот нюанс с рабочей частотой обязательно стоит учитывать.
5. Скорость переключения диода. Помимо частоты выпрямительные диоды между собой могут отличаться и скорость своего включения и выключения.
Есть обычные диоды, которые используются для частоты 50 Гц. Есть быстрые диоды, а есть ультра быстрые. Естественно, обычные диоды лучше не ставить в схемы импульсных боков питания, поскольку такие ИБП работают на достаточно высоких частотах (десятки и сотни килогерц). Тут уж нужно брать как минимум быстрые диоды.
6. Рабочий температурный диапазон выпрямительного диода, при котором этот диод нормально может работать в схеме. У кремневых диодов температурный диапазон находится в диапазоне где-то -65…+175°С. Поскольку отрицательные температуры в бытовых условиях обычно не встречаются, то вот большие положительные температуры могут легко возникать при больших токах (при перегрузки по току либо КЗ). И даже с дополнительным охлаждением выпрямительные диоды и диодные мосты легко могут сгореть из-за чрезмерного перегрева. Также нужно учитывать, что чем больше будет температура (от 50°С и выше), тем хуже может быть ВАХ (вольт-амперная характеристики) используемого диода. Следовательно, температуру мы так же обязательно учитываем.
Для выпрямителей не рекомендуется использовать германиевые диоды, поскольку они имеют меньшую, максимально допустимую, температуру, чем кремниевые полупроводники.
диодымоствыпрямительныйвыборхарактеристики
Поделиться в социальных сетях
Вам может понравиться
Оптимизация параметров антипараллельных диодов силовых модулей IGBT фирмы SEMIKRON
Технология SKiiP, разработанная специалистами фирмы SEMIKRON, позволила создать интеллектуальные модули с уникальными тепловыми и электрическими характеристиками и отличными показателями надежности. Параметры мощных модулей IGBT во многом зависят от характеристик примененных антипараллельных диодов. Диоды CAL с контролируемым временем жизни носителей имеют оптимальное сочетание характеристик проводимости и обратного восстановления. Эти диоды специально разработаны для применения в силовых модулях SEMIKRON. Данная статья посвящена особенностям применения диодов серии CAL и новой серии CAL HD, в которой значительно улучшены характеристики проводимости.
В интеллектуальных модулях IGBT SEMIKRON серии SKiiP с самого начала их производства использовались специально разработанные антипараллельные диоды с «мягкой » характеристикой восстановления, обеспечивающей минимальное значение динамических потерь. Технология производства антипараллельных диодов SEMIKRON называется CAL-FWD (Controlled Axial Lifetime — Free Wheeling Diode)[2 ]. При разработке диодов CAL особое внимание уделяется оптимизации соотношения таких параметров, как прямое падение напряжения VF, заряд обратного восстановления Q RR и характеристика обратного восстановления dI rr /dt, поскольку они оказывают решающее влияние на потери, вносимые диодом.
Одним из основных требований, предъявляемых к высоковольтным модулям IGBT, является требование выдерживать без повреждения большие значения di/dt, возникающие при переключении. Транзисторы не должны выходить из строя от перенапряжений, создаваемых на паразитных индуктивностях линий связи за счет di/dt, а динамические потери, создаваемые током обратного восстановления, не должны приводить к значительному увеличению рассеиваемой мощности.
Благодаря низким значениям динамических потерь, оптимальной характеристике восстановления диодов и отличным конструктивным характеристикам, позволившим получить минимальные величины паразитных индуктивностей, модули SKiiP3, рассчитанные на напряжение 1200/1700 В, можно использовать без снабберов.
Новые диоды CAL HD (Controlled Axial Lifetime — High Density)являются дальнейшим развитием технологии CAL-FWD. Они разработаны для использования в новых поколениях интеллектуальных силовых модулей SEMIKRON, где применяются современные транзисторы Trench IGBT.
зисторами транзисторы, изготовленные по технологии Trench IGBT, отличаются более высокой плотностью тока и низкими динамическими потерями. Использование Trench IGBT особенно целесообразно в мощных модулях, работающих в режиме высокочастотной модуляции, где они позволяют получить минимальные потери и максимальную мощность. Отсюда вытекают и требования к антипараллельным диодам: низкое прямое падение напряжения и малый ток обратного восстановления в сочетании с плавной кривой восстановления dI rr /dt. Поскольку в мощных модулях часто приходится использовать параллельное соединение компонентов, то желательно также иметь положительный температурный коэффициент прямого напряжения.
Диоды CAL HD изготовлены по технологии, позволяющей оптимизировать время жизни и процесс рассасывания носителей в зоне p-n-перехода.
На рис.2 показана структура диода CAL HD. Основными особенностями новых диодов являются глубокая зона диффузии n+, примесная защитная структура p+для повышения напряжения пробоя и ограничитель канала n+. Неметаллизированная поверхность диода покрыта пассивирующим слоем.
Время жизни носителей регулируется так называемым центром рекомбинации, индуцированным за счет облучения электронами высокой энергии и в процессе ионной имплантации. В результате образуется примесная область, состоящая из однородных компонентов в области базы и примесная область в зоне p-n-перехода. Для стабилизации плотности примеси используется процесс отжига при температуре 300 °С.
Для измерения характеристик обратного восстановления диодов CAL служит тестовая схема, приведенная на рис.3. На схеме приняты следующие обозначения: L
P1 и L
P2 — паразитные индуктивности линий связи, R
GON (R
GOFF )— импеданс схемы управления в режиме включения (выключения), L
L — индуктивность нагрузки.
После выключения транзистора IGBT диод находится в состоянии проводимости, поддерживая в индуктивности ток, прерванный транзистором. При открывании транзистора напряжение на диоде становится обратным. Наличие заряда обратного восстановления Q
rr диода приводит к протеканию тока обратного восстановления I
rr . В результате через транзистор при открывании течет сумма токов: тока нагрузки и пикового значения тока обратного восстановления I
rr падает до установившегося значения в течение времени восстановления t rr . Ток обратного восстановления вызывает дополнительные динамические потери в оппозитном транзисторе IGBT и перенапряжение dV на паразитных индуктивностях L
P1 и L
P2 , уровень которого определяется скоростью изменения тока восстановления: dV=L PxdI
rr /dt. Именно поэтому «плавность » характеристики восстановления не менее важна, чем значение тока восстановления.
Таким образом, диод, работающий совместно с транзистором IGBT в качестве оппозитного, должен быть оптимизирован по характеристикам проводимости и восстановления, то есть должен иметь минимальное прямое падение напряжения для снижения потерь проводимости и минимальный заряд обратного восстановления Q
rr и I
rrm определяются собственными параметрами диода, скоростью включения транзистора dI F /dt, зависящей от R
GON , током транзистора I
F и напряжением питания.
На рис. 4, a показан процесс обратного восстановления диода CAL HD в тестовой схеме рис.3. Графики даны для следующих условий работы схемы:
- температура кристалла Tj =125 °C;
- ток транзистора I F =75 A;
- напряжение шины питания V R =600 B;
- скорость нарастания тока включения транзистора dI F /dt =800 A/мкс.
Синие эпюры показывают напряжение на диоде, красные — ток диода. Для сравнения процессов обратного восстановления стандартного и улучшенного диода на рис. 4, b приведены аналогичные графики для диода CAL. Диоды CAL HD имеют «мягкую » характеристику восстановления, аналогичную CAL, с выраженным «хвостом » тока (Tail current), наблюдаемым после пикового значения I
rrm несколько больше.
Динамические характеристики диода CAL HD при воздействии высокого значения dI/dt показаны на рис.5 для следующих условий работы:
- температура T =125 °C;
- ток транзистора I
F =75 A; - напряжение шины питания V R =900 B;
- скорость нарастания тока включения транзистора dI F /dt =6250 A/мкс.
График демонстрирует высокий иммунитет нового поколения диодов в режиме «жесткого переключения » с максимальными скоростями коммутации.
Основное преимущество диодов CAL HD по сравнению с диодами предыдущего поколения — низкое прямое падение напряжения, что иллюстрирует график на рис.
Как видно из графика, в усовершенствованных диодах также значительно снижен температурный коэффициент dV
F /dT. Кроме того, при токах, больших 100 А, значение dV
F /dT становится положительным, что дает преимущество при параллельном соединении, когда рост температуры кристалла компенсируется снижением рассеиваемой мощности. Отрицательный температурный коэффициент може привести к разбалансу токов в предельных режимах работы и разрушению кристалла. При использовании диодов предыдущего поколения при параллельном соединении приходилось подбирать диоды с идентичным значением прямого напряжения.
Таблица 1.Сравнительные характеристики диодов CAL и CAL HD с одинаковым размером кристалла
| Параметр | Режим измерения | SKCD 61C120 | SKCD 61C120HD | |
| Q rr ,мкК | T =125 °C V R =600 B IF =75 A dI/dt =800 A/мкс | 11 | 18 | |
| I rrm ,A | 45 | 51 | ||
| E off ,мДж | 4 | 5,3 | ||
| V F ,B | I F =75 A | Ta =27 °C | 2,25 | 1,53 |
| Ta =125 °C | 2,05 | 1,53 | ||
| J,A/см 2 | Tj =150 °C Tc =80 °C | 126 | 153 | |
| I FSM ,A | Tj =150 °C | 720 | 840 | |
Таблица 2.
| Параметр | IGBT | CAL | CAL HD |
| R thjc ,K/Вт | 0,056 | 0,125 | 0,125 |
| V CEsat ,B | 2,2 | 4,42 | — |
| E off ,мДж | — | 0,89 | 1,2 |
| V F ,B | — | 1,17 | 0,97 |
В таблицах использованы следующие обозначения:
- Q
rr — заряд обратного восстановления;- I
rrm — пик тока обратного восстановления;- E
off — энергия выключения;- V
F — прямое падение напряжения диода;- J — плотность тока;
- I
FSM — пиковый прямой ток;- I
F — средний прямой ток;- Tj — температура кристалла;
- Tc — температура корпуса;
- Ta — температура окружающей среды;
- R
thjc — тепловое сопротивление «кристалл — корпус »;- V
CEsat — напряжение насыщения транзистора. - I
Сравнительные характеристики диодов CAL и CAL HD приведены в таблице 1. Необходимо отметить, что некоторый проигрыш в динамических параметрах диодов CAL HD компенсируется значительным снижением прямого падения напряжения, увеличением допустимой плотности тока и предельного значения тока.
Для оценки эффективности работы диодов нового поколения на различных частотах используется тестовая схема чоппера (рис.3), в которой влияние параметров оппозитного диода наиболее четко выражено. В качестве чоппера с оппозитным диодом применен модуль SEMITRANS — SKM600GAL128D с транзистором Trench IGBT, параметры которого приведены в таблице 2. Модуль имеет два исполнения: с диодом CAL и CAL HD, что и позволяет провести сравнение. Результаты расчета максимального тока модуля в зависимости от частоты при постоянной температуре радиатора Th =40 °C и температуре кристалла Tj =125 °C приведены на рис.7. График демонстрирует, что применение диодов CAL HD оправдано при частотах до 7 кГц, на более высоких частотах динамические потери, обусловленные большим значением тока I rrm , минируют над потерями проводимости.
Диоды семейства Controlled Axial Lifetime, разработанные для применения в модулях IGBT, имеют очевидные преимущества перед стандартными быстрыми диодами благодаря оптимальному сочетанию параметров проводимости и восстановления: низким прямым напряжением, малым током обратного восстановления и «мягкой » кривой обратного восстановления dI
rr /dt. Указанные особенности обеспечивают как низкое значение потерь, так и отсутствие перенапряжений, возникающих из-за наличия паразитных индуктивностей шин питания модулей IGBT.
В модулях IGBT, предлагаемых SEMIKRON, применяются различные компоненты: транзисторы SPT и Trench IGBT, диоды CAL и CAL HD. Это позволяет пользователю выбрать компоненты, имеющие оптимальные характеристики для конкретного применения.
- K.Haupl, B.Konig.CAL HD — An optimized Freewheeling Diode for Trench-IGBT Modules. Semikron Elektronik GmbH, Nurnberg, Germany.
- J.Lutz.Axial Recombination Center Technology for Freewheeling Diodes.
- А.Колпаков.
SKiiP — интеллектуальные силовые модули IGBT фирмы SEMIKRON // Компоненты и Технологии. 2003. № 1. - А.Колпаков. Особенности применения силовых IGBT-модулей фирмы SEMIKRON // Электронные компоненты. 2002. №6.
mosfet — Выбор обратноходового диода
\$\начало группы\$
Согласно приведенной ниже схеме, где J15 соединяется с соленоидом B11HD-255-B-3, а соленоид B11HD-255-B-3 рассчитан на 19 В, 90 Вт, каков технический подход к выбору обратноходового диода? (D15) Я также видел обычные и стабилитроны, ориентированные в противоположных направлениях поперек соленоида. Рекомендуется ли здесь такая схема и почему?
Добавлен фон — это схема соленоида, управляемая полевым МОП-транзистором, логический уровень, и я успешно протестировал эту схему со случайным диодом (модель onsemi S1B). В тестовой схеме я использовал 24В и B11HD-254-B-3 (версия 36Вт). Переход на 90W, я хочу быть более вдумчивым и продуманным в своем дизайне.
- MOSFET
- диоды
- обратная связь
- соленоид
- логический уровень
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Пиковый ток диода можно предсказать из информационного листа — он будет немного меньше 5А — такой же, как ток соленоида в установившемся режиме. Оно будет убывать от этого значения более или менее экспоненциально с постоянной времени L/R. Он должен быть рассчитан только на напряжение питания плюс некоторый запас прочности. Если вы используете обычные выпрямители, использование детали с номинальным напряжением 400 В или 600 В, а не детали на 50 В, не приведет к существенным потерям (более вероятно, что номер детали с более высоким напряжением будет полезен в других местах).
Чего не дано, так это информации, которая позволила бы нам предсказать точную длительность импульса, так как мы не знаем индуктивности катушки (а ведь она может существенно меняться, если магнитопровод изменится в результате движущиеся вещи, что обычно и происходит).
Тем не менее, я ожидаю, что 3-амперного диода будет достаточно. Он должен работать прохладно, если только вы не запускаете быстро соленоид. Вы можете измерить продолжительность величины тока с помощью датчика тока и осциллографа для подтверждения.
Причина использования стабилитронов и подобных устройств заключается в том, чтобы усилить работу транзистора и диодов, а в обмен на большую нагрузку на эти части соленоид быстрее выходит из строя (втягивание не влияет). Это связано с тем, что большая часть энергии, хранящейся в индуктивности, рассеивается в стабилитронах (что требует от транзистора блокировки большего напряжения и увеличивает нагрузку на транзистор при его выключении).
\$\конечная группа\$
10
\$\начало группы\$
Ток через диод будет иметь пиковое значение 5,5 А, следует выбрать диод, поддерживающий постоянный ток не менее 6 А.
Индуктивность не имеет значения, поскольку пиковый ток остается ниже 6 А для значений между 0,01 Гн и 1 Гн соленоида.
Однако, если диод на соленоиде выйдет из строя, обратное напряжение в цепи достигнет 550 В, когда драйвер отключит ток (в зависимости от скорости). Поэтому я бы поставил на драйвер еще и быстродействующую защиту обратноходовых диодов на 6 А.
Также, если провода к соленоиду, которые имеют собственную индуктивность, длиннее 1 м, следует принять во внимание наличие диода рядом с соленоидом, а еще один рядом с печатной платой.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Добро пожаловать, Майк: Возможная проблема, вы питаете МОП-транзистор с помощью делителя напряжения, это уменьшит емкость МОП-транзистора и заставит его работать теплее. Поскольку R36 используется для гарантии состояния во время сброса микропроцессора и т.
д., он должен подключаться к порту микропроцессора, а не к воротам. Я бы использовал диод Шоттки с номиналом 19Напряжение питания 50 В будет в порядке. Индуктивная нагрузка будет возвращать ток, которым она заряжена, поэтому вам необходимо иметь возможность поддерживать этот импульс тока. Это можно найти в категории импульсов в паспорте диода. Вам необходимо оценить напряжение диода для напряжения нагрузки, так как обратное напряжение будет ограничено прямым падением напряжения на диоде.
\$\конечная группа\$
2
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Реле— правильный выбор обратноходового диода
спросил
Изменено 1 год, 6 месяцев назад
Просмотрено 530 раз
\$\начало группы\$
Существует ли формула для расчета соответствующего номинала обратноходового диода в зависимости от тока, протекающего через реле? Может быть, я задаю неправильный вопрос, и это только рассмотрение напряжения.
- диоды
- реле
- обратный ход
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Диод должен выдерживать полное рабочее напряжение реле (поскольку оно будет встречно-параллельно ему), а также полный рабочий ток, так как этот ток будет протекать через диод при выключении реле.
Это связано с тем, что ток через катушку индуктивности не может измениться мгновенно (dI/dt пропорциональна напряжению на катушке индуктивности), а это означает, что после выключения управляющего транзистора полный ток реле должен перейти от к .
Если вы хотите, чтобы реле выключилось быстрее, вам придется увеличить напряжение на нем во время выключения, что вы можете сделать с помощью дополнительного стабилитрона последовательно с обратным диодом. Таким образом, ток через катушку реле затухает быстрее. Конечно, это означает, что драйвер (то есть транзистор), управляющий реле, должен выдерживать это более высокое напряжение.
Номинальная мощность диода, скорее всего, не будет иметь значения, так как вы не собираетесь переключать реле на достаточно высокой частоте, чтобы рассеивать значительную мощность в диоде. Если вы все равно хотите его рассчитать, формула для рассеиваемой мощности диода: P = 1/2 I²Lf , где I — ток реле, L — индуктивность реле, а f — частота включения и выключения реле.
