Выбор диода: Как выбрать диод для выпрямителя — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Как выбрать диод для выпрямителя

При выборе полупроводниковых диодов для выпрямителя следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_доп (I_пр_мах), на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение U_обр (U_обр_мах), выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период. Выбор диодов для выпрямителей осуществляется по величине тока I_д, протекающего через диод, и максимальному напряжению U_д, которое оказывается приложенным к диоду в непроводящий период. При этом для исключения повреждений диодов должны выполняться следующие условия:

I_доп≥I_д и U_обр≥U_д.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя (нагрузки) Р_н, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением (напряжением на нагрузке) U_н, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя (нагрузки):

Вычисленное значение тока берется за основу при выборе диода по току, сравнивая ток протекающий через диод I_д с допустимым током диода I_доп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для различных схем выпрямителей ток, протекающий через диод (I_д)иток протекающий через потребитель (нагрузку) (I_н) связаны соотношениями:

однофазный однополупериодный выпрямитель	I_д=I_н
однофазный двухполупериодный и однофазный мостовой выпрямители	I_д=I_н/2
трехфазный однополупериодный и трехфазный мостовой выпрямители	I_д=I_н/3

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: I_доп≥I_д.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период U_д, также зависит от схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Для различных схем выпрямителей для напряжение, действующее на диод в непроводящий период (U_д)и выпрямленное напряжение (напряжение на нагрузке) (U_н)связаны соотношениями:

однофазный однополупериодный и однофазный двухполупериодный выпрямители	U_д=π•U_н=3,14U_н
однофазный мостовой выпрямитель	U_д=1,57•U_н
трехфазный однополупериодный выпрямитель	U_д =2,1•U_н
трехфазный мостовой выпрямитель	U_д =1,05•U_н

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: U_обр>U_д.

Приведенные выше соотношения следует использовать при подборе диодов для выпрямителей по току и напряжению.

В результате расчета может оказаться, что ток через диод превышает допустимое значение тока для данного типа диода. В этом случае для увеличения допустимого значения тока применяется параллельное соединение диодов, их суммарный допустимый ток (I_доп_∑) увеличивается во столько раз, сколько диодов параллельно соединяют.

Если в непроводящий период напряжение на диоде превышает допустимое обратное напряжение, то для увеличения допустимого обратного напряжения применяется последовательное соединение диодов, их суммарное допустимое напряжение (U_обр_∑) увеличивается во столько раз, сколько диодов последовательно соединяют.

I_доп≥I_д и U_обр≥U_д.

однофазный однополупериодный выпрямитель	I_д=I_н
однофазный двухполупериодный и однофазный мостовой выпрямители	I_д=I_н/2
трехфазный однополупериодный и трехфазный мостовой выпрямители	I_д=I_н/3

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: I_доп≥I_д.

однофазный однополупериодный и однофазный двухполупериодный выпрямители	U_д=π•U_н=3,14U_н
однофазный мостовой выпрямитель	U_д=1,57•U_н
трехфазный однополупериодный выпрямитель	U_д =2,1•U_н
трехфазный мостовой выпрямитель	U_д =1,05•U_н

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: U_обр>U_д.

Приведенные выше соотношения следует использовать при подборе диодов для выпрямителей по току и напряжению.

Тема: как выбрать диод для получения постоянного тока из переменного.

Порой, когда дело приходится иметь с блоками питания (их ремонтом, сборкой своими руками) сталкиваешься с его выпрямительной частью, которая из переменного напряжения делает постоянное. Эта часть есть не что иное как диодный выпрямительный мост. Для технарей электротехников известно, что это такое и какова функция этого элемента электрических схем. Для непосвященных поясню — большинство электротехники содержат в своих схемах блок питания, который понижает сетевое напряжение 220 вольт в меньшее, что используется устройствами (3, 5, 9, 12, 24 вольта, это наиболее распространенные величины пониженных напряжений). В сети используется переменный ток, а практически все электронные схемы работают на постоянном. Так вот, для преобразования переменного напряжения в постоянное и используется диодный мост.

Выпрямительные диодные мосты бывают готовыми сборками в едином корпусе, а бывают и самодельными, которые спаиваются из четырех одинаковых диодов. А какие диоды нужны для самодельного диодного моста и как правильно подобрать их для выпрямителя? Все достаточно просто. Основными параметрами для выбора диодов на мост являются напряжение (обратное) и сила тока (которую они могут через себя пропускать без перегрева).

Напомню, что диоды при прямом подключении (плюс диода к плюсу прилагаемого напряжения, а минус диода к минусу прилагаемого напряжения) к питанию пропускают через себя электрический ток. В этом режиме (открытом) на них оседает небольшое напряжение в пределах около 0,6 вольт. Как и любые другие проводники они имеют свое внутреннее сопротивление (что и обуславливает это небольшое падение напряжения на них в открытом состоянии). Чем оно больше, тем меньшую силу тока диод способен через себя пропустить. Если же на диод приложить постоянное обратное напряжение (на плюс диода подать минус источника, и на минус диода подать плюс источника), то диод будет работать в режиме запирания. Он не будет через себя пропускать постоянный ток (будет закрыт).

Так вот, есть максимальная величина обратного напряжения, которую диод может выдержать не входя в режим электрического и теплового пробоя. Именно это обратное напряжение и нужно учитывать при выборе диодов на выпрямительный мост. Если на диодный мост будет подаваться напряжение 220 вольт переменного тока, значит диоды моста должны быть рассчитаны на большее напряжение (с запасом не менее 25%). А лучше вовсе брать с достаточно большим запасом. Это убережет полупроводники от попадания на них случайных скачков напряжения, идущие от сети. Сейчас на обычные, небольшие блоки питания ставят диоды серии 1n4007, у которых обратное напряжение равно 1000 вольтам, а долговременный ток они могут выдерживать до 1 ампера (при температуре 75 градусов).

Второй, и пожалуй главной характеристикой выпрямительного диода является сила тока, которую он может пропускать через себя длительное время (без перегрева). Изначально вы должны знать, на какой максимальный ток рассчитан ваш блок питания. И только после этого уже нужно подбирать выпрямительные диоды на мост. К примеру, вы решили сделать себе самодельный регулируемый блок питания с выходным напряжением до 15 вольт и максимальным током в 6 ампер. Следовательно, под такой источник питания нужно брать диоды, рассчитанные на силу тока порядка 10 ампер (плюс определенный запас по току). Ток в 6 ампер как бы относительно немалый. Он будет нагревать диоды выпрямительного моста. Значит под эти диоды, мост еще нужно предусмотреть охлаждающий радиатор.

Напомню, что большинство полупроводниковых компонентов сделаны из кремния, а этот материал имеет максимальную рабочую температуру 150—170 °C. Выход за эти пределы разрушаю полупроводник, в нашем случае диоды диодного моста. Лучше держать температуру диодов в пределах до 75 °C. Поставьте на мост небольшой радиатор и посмотрите не выходит ли температура при максимальной нагрузки блока питания за допустимые пределы.

Диодных мостов и диодов (под них) существует достаточно большое количество. При выборе сначала в поисковике найдите справочную таблицу диодов и диодных мостов, где указаны основные технические характеристики выпрямителей. Выберите наиболее подходящий компонент с учетом номинального обратного напряжения и силы тока. Если вы поставите на диодный мост диоды с большими номинальными токами и напряжениями, ничего страшного, это будет даже лучше, как бы излишний запас. Но подбирать меньшие или впритык лучше не стоит.

Видео по этой теме:

Выбор — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Выбор — диод

Cтраница 2

При выборе диода следует кроме определения необходимого типо-номинала проверить соответствие ожидаемых при эксплуатации и допустимых для данного прибора по техническим условиям уровней механических и климатических воздействий. [16]

При выборе диодов описываемой группы следует исходить из конкретных условий, учитывая температуру окружающей среды, в которой они должны будут работать. [17]

Поэтому при выборе диода для схемы однополупериодного однофазного однотактного выпрямления необходимо принимать во внимание, что максимально допустимое обратное напряжение диода было больше или равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора. [18]

Убедившись в правильности выбора диода, определяют действующее значение фазного тока в первичной обмотке / ь после чего можно произвести конструктивный расчет трансформатора. [19]

После этого проверяем правильность выбора диода по максимальному току (8.18): / вша. Применение диода BI вместо линейного резистора Ri оказывается достаточно эффективным, если ток / ког) тт примерно на порядок меньше kale. Для этого в некоторых случаях вместо BI включается последовательно несколько диодов. [20]

Максимальное значение обратного напряжения определяет выбор диода по напряжению ( выбор его класса) и является важнейшей характеристикой выпрямителя. [21]

Расчет полупроводникового диодного детектора начинается с выбора диода. [23]

Единственное решение проблемы обратного тока диода — выбор диодов

с малыми утечками, чтобы сумма обратных токов и ее изменение с температурой оказывали малое влияние по сравнению с младшим значащим разрядом опорного тока. В противном случае ток утечки вызовет изменение выходного напряжения ЦАП, ибо он проходит через схему и ее нагрузочный резистор. [24]

В связи с этим рассмотрим вопрос о выборе диодов для схем ограничителей. [26]

Существенным для работы быстродействующего триггера и декады является выбор диодов. К числу наиболее важных параметров диода относятся: прямое и обратное сопротивления во всем интервале температур, время восстановления обратного сопротивления и емкость диода. [27]

Особое внимание перед запрессовкой необходимо обратить на правильность выбора диода, поскольку они могут быть как прямой, так и обратной полярности. [28]

Условия работы выпрямительных устройств и предъявляемые к ним требования определяют выбор диодов. [29]

Для того, чтобы устранять паразитные связи через общий источник питания необходимо стремиться уменьшать внутреннее сопротивление Двн источника за счет выбора диодов с малым прямым сопротивлением и уменьшения полного сопротивления обмотки трансформатора. Выпрямительные цепи следует питать от отдельных обмоток трансформатора, не связывая их с другими цепями, особенно с теми, в которых имеется переменная нагрузка. [30]

Страницы: 1 2 3

Как подобрать диод подавления переходного напряжений (TVS)?

Разработчики часто используют диод подавления переходного напряжения (TVS) для уменьшения импульсных токов (возникающих при коммутации в электрической цепи) до безопасного уровня, чтобы защитить компоненты и соседние электрической цепи от повреждения. Во многих отношениях TVS-диод ведет себя подобно стабилитрону, но с более высокой номинальной мощностью благодаря большему размеру матрицы и более прочному соединению проводов.

Зачем приложениям горячей замены нужен диод подавления переходного напряжения (TVS)?

В случае горячей замены в случае большой перегрузки по току защитная интегральная схема (IC) быстро отключит ток, чтобы защитить соседние компоненты от повреждения. Это быстрое отключение тока — от 50 A (сверхток) до 0 A (отключение для защиты) — может происходить в течение десятков наносекунд и приводит к большому переходному процессу тока (di / dt), как показано в уравнении 1:

Данный ток будет определяться, как энергия внутри дорожки печатной платы или индуктивности провода на входе. Хотя индуктивность дорожки печатной платы может быть низкой, при значении около 10 нГн, она все равно вызовет скачок на входе контроллера горячей замены на основе уравнения 2:

Скачок напряжения в -50 В будет последовательно подключен к источнику питания и будет эффективно создавать всплеск положительного напряжения на входной шине, часто превышающий номинальное напряжение интегральной схемы контроллера горячей замены или полевого транзистора на основе оксида металла и полупроводника (МОП-транзистор или MOSFET) напряжение сток-исток (VDS) (рисунок ниже). Чтобы предотвратить возникновение этого скачка напряжения, вы можете установить TVS на входе для отвода энергии от индуктивности прямо на землю. Оптимальное размещение диод подавления переходного напряжения будет после любой последовательной индуктивности на входе (например, после предохранителя).

Как выбрать диод подавления переходного напряжения (TVS)?

Самый простой способ выбрать диод TVS для приложения с горячей заменой — это выбрать тот, который соответствует следующим трем критериям:

Напряжения пробоя (Ubr) больше вашего максимального входного напряжения источника питания.

Напряжение срабатывания (Uc) ниже абсолютного максимального значения напряжения интегральной схемы контроллера горячей замены или MOSFET Uds.
Максимальный (пиковый) импульсный ток, Iрр, выше максимального тока, при котором контроллер горячей замены отключается. Это наихудшее значение часто является очевидным — на выходе имеется короткое замыкание и контроллер горячей замены отключается. Точное значение, которое следует использовать, будет выявлено только измерением максимального тока на реальной плате-прототипе с реалистичным коротким замыканием, приложенным к выходу.

Для 12-вольтового мощного приложения наиболее распространенным выбором TVS является 5.0SMDJ12A, который имеет переходную мощность 5 кВт.

Практическое занятие «Расчет параметров схемы выпрямления, выбор тип диода выпрямителя»

Практическое занятие № 2 2 часа

1 ТЕМА: Расчет параметров схемы выпрямления, выбор тип диода выпрямителя.

2 ЦЕЛИ РАБОТЫ:

— приобретение практических навыков расчета выпрямителя.

3 ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ: (предварительная подготовка)

— самостоятельное изучение методических указаний по проведению практической работы

4 ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

Исходные данные для расчета выпрямителя при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента, должны содержать: напряжение питающей сети ; число фаз питающей сети ; частоту питающей сети ; выпрямленное напряжение ; выпрямленный ток .

Выбор схемы. Для работы на индуктивный фильтр чаще всего используются схемы выпрямителей: двухполупериодная, однофазная мостовая, трехфазная нулевая и трехфазная мостовая (схема Ларионова).

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике на входе сглаживающего фильтра является постоянной величиной для выбранной схемы выпрямителя (см. таблицу 2.1).

Для справки: В некоторых случаях применяют двенадцатифазную схему, состоящую из двух схем Ларионова, включенных последовательно или параллельно. Трансформатор, питающий выпрямитель, имеет две системы вторичных обмоток, одна из которых включена звездой ( ), а вторая – треугольником ( ). В результате фазы линейных напряжений вторичных обмоток и оказываются сдвинутыми между собой на угол 30⁰ и вся система в целом получается двенадцатифазной. Коэффициент пульсаций на выходе этой схемы составляет 1,4% полного выпрямленного напряжения. Однако такой малый уровень пульсаций будет обеспечен только при полном равенстве фазных напряжений на первичной обмотке трансформатора, что на практике случается далеко не всегда. Для того чтобы обе половины выпрямителя давали одинаковые напряжения, фазные напряжения вторичных обмоток, соединенных в треугольник , должны быть в раз больше фазных напряжений обмоток, соединенных в звезду . В остальном эта схема равноценна обычной схеме Ларионова.

Выбор вентилей. Для выбора вентилей определяют значения , и по формулам таблицы 2.1. При этом в формулу для подставляют значение вместо пока неизвестного значения . После расчета выпрямителя значение уточняют.

Определяют активное сопротивление обмоток трансформатора и индуктивность рассеяния обмоток трансформатора , приведенные к фазе вторичной обмотки. Значения , , , находят из таблицы 2.1.

Определяют падение напряжения на активном и реактивном сопротивлениях трансформатора, падение напряжения на диодах в выбранной схеме выпрямителя

по формулам таблицы 2.1.

Определяют ориентировочное значение падения напряжения на дросселе в зависимости от выпрямленной мощности по данным таблицы 2.2.

Таблица 2.2. -Ориентировочные значения падения напряжения на дросселе фильтра.

, Вт

(при =50 Гц)

10-30

(0,2 – 0,14)

30-100

(0,14 – 0,1)

100-300

(0,1 – 0,07)

300-1000

(0,07 – 0,05)

1000-3000

(0,05 – 0,035)

3000-10000

(0,035 – 0,025)

Определяют выпрямленное напряжение при холостом ходе

(2.1)

Уточняют амплитуду обратного напряжения на диоде по формулам таблицы 2.1 и проверяют, чтобы оно не превышало предельно допустимое значение для выбранного типа диодов.

Определяют ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора , действующее значение тока вторичной обмотки и, если требуется, действующее значение тока через диод по формулам таблицы 2.1.

Значение критической индуктивности дросселя фильтра определяется согласно формуле . Задаваясь амплитудой 1-й гармонической равной величине постоянной составляющей выпрямленного тока в формуле , можно получить следующее выражение для расчета :

(2.2)

Если выпрямитель должен работать в диапазоне токов от до , то при расчете в формулу (2.2) следует подставлять значение .

Внешняя характеристика выпрямителя с L-фильтром, т.е. зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки, представляет собой прямую линию и строится по двум точкам: 1) ; ; 2) ; .

Если выпрямитель имеет сглаживающий фильтр типа LC, то при уменьшении тока нагрузки внешняя характеристика отклоняется от прямой линии в сторону увеличения напряжения в точке, соответствующей критическому току нагрузки, который равен при условии, что (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1.- Внешняя характеристика выпрямителя с LC — фильтром.

При дальнейшем уменьшении тока нагрузки выпрямленное напряжение растет, достигая при значения (или в схеме Ларионова при соединении вторичной обмотки звездой).

Зная коэффициент трансформации n и действующий ток во вторичных обмотках можно найти действующий ток первичных обмоток (см. таблицу 2.1). При соединении первичной обмотки треугольником ток линии . Значение габаритной мощности двухобмоточного трансформатора определяют по формулам таблицы 2.1.

Особенностью переходных процессов, связанных с включением выпрямителей с LC-фильтрами в питающую сеть, считается наличие опасных перенапряжений на элементах фильтра и возможность наличия сверхтока – ток через диоды может в несколько раз превышать установившееся значение выпрямленного тока.

При проектировании выпрямителя следует также учитывать, что при включении выпрямителя все выпрямленное напряжение оказывается приложенным к обмотке дросселя фильтра, изоляция которой должна быть рассчитана на эту величину.

Пример 2.1. Рассчитать выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение = 120 В при токе = 10 А. Питающая сеть — промышленная трехфазная с нулем (четырехпроводная) 220/380 В, 50 Гц. Коэффициент пульсаций напряжения в нагрузке по первой гармонике = 0,012.

Решение.

1. Найдем сопротивление нагрузки выпрямителя

(Ом)

При этом полезная мощность в нагрузке

(Вт)

2. В качестве схемы выпрямления выбираем трехфазную мостовую (схема Ларионова), которая характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности и может быть рекомендована для использования в устройстве заданной мощности.

3. Для выбранной схемы выпрямления определяем средний ток вентиля, значение обратного напряжения на вентиле и максимальное значение тока через вентиль по приближенным формулам (см. таблицу 2.5)

(А),

(В),

(А).

Выбираем в качестве вентилей диоды 6F20: = 200 В, = 6А, = 9,5 А. Вольт -амперная характеристика диода серии 6F(R) приведена на рисунке 2.2).

Исходя из заданного режима работы вентиля по току в прямом направлении определим внутреннее сопротивление диода для диапазона прямых токов до при º С:

(Ом)

Рисунок 2.2. -ВАХ выпрямительных диодов серии 6F(R).

4. Ориентировочные значения активного сопротивления обмоток и индуктивности рассеяния трансформатора, приведенные к фазе вторичной обмотки, определяем согласно формулам и данным таблицы 2.1:

(Ом)

(мГн)

Принято: амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе — 1 Тл, число стержней трансформатора s = 3, p = 2.

5. Определяем падение напряжения на активном и реактивном сопротивлениях трансформатора по формулам таблицы 2.1 для схемы Ларионова:

(В)

6. Определяем падение напряжения на диодах в выбранной схеме выпрямителя по формулам таблицы 2.1:

(В)

7. Определяем ориентировочное значение падения напряжения на дросселе в зависимости от выпрямленной мощности по данным табл. 2.5:

(В), = 0,6 (Ом).

8. Определяем выпрямленное напряжение при холостом ходе :

(В)

9. Считаем, что выпрямитель должен работать в режиме “непрерывных токов” в диапазоне от до . Определяем значение критической индуктивности дросселя фильтра:

(А),

(мГн).

Выбираем с учетом допуска на величину индуктивности ±10% и некоторым запасом значение L = 5 мГн. Подобрать дроссель с подходящими параметрами можно на сайте http://www.epcos.com в разделе параметрического поиска (Inductors/Chokes). Если активное сопротивление выбранного дросселя отличается значительно от расчетного, то расчет следует повторить с новым сопротивлением дросселя.

10. Уточняем амплитуду обратного напряжения на диоде по формулам таблицы 2.1:

(В)

< = 200 (В)

11. Действующее значение ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора (таблица 2.1):

(В)

12. Рассчитаем действующее значение тока вторичной обмотки и действующее значение тока через диод (таблица 2.1):

(А)

(А) < = 9,5 (А)

13. Находим коэффициент трансформации:

14. Рассчитаем действующее значение тока первичной обмотки (таблица 2.1):

(А)

15. Определяем мощности вторичной и первичной сторон трансформатора

(ВА),

(ВА).

16. Вычисляем точное значение габаритной мощности трансформатора:

(ВА)

или согласно таблицы 2.1:

(ВА)

17. Коэффициента использования трансформатора по мощности:

0,816

18. Найдем коэффициент сглаживания пульсации по 1-й гармонике фильтра:

где — коэффициент пульсаций по 1-й гармонике на входе фильтра (см. таблицу 2.1) для схемы Ларионова.

19. По найденному коэффициенту сглаживания и выбранной индуктивности дросселя фильтра L находим емкость фильтра:

(мкФ)

Выбираем емкость конденсатора из стандартного ряда номиналов с учетом допустимого отклонения емкости в пределах ±20% и некоторым запасом: = 470 (мкФ).

20. Коэффициент пульсаций выходного напряжения:

= 0,01

21. Определим амплитуду и действующее значение 1-й гармонической тока через конденсатор фильтра (на частоте ) по заданному коэффициенту пульсаций напряжения в нагрузке по первой гармонике:

(А),

0,622 (А).

Следовательно, допустимое действующее значение тока пульсации для выбранного типа ЭК должно составлять не менее 0,63 А при максимальной рабочей температуре ЭК и частоте 300 Гц.

22. В схеме Ларионова при соединении вторичной обмотки в звезду напряжение х.х.:

146,25 (В)

Однако, особенностью переходных процессов, связанных с включением выпрямителей с LC-фильтрами в питающую сеть, является наличие опасных перенапряжений на элементах фильтра.

Ближайший стандартный номинал рабочего напряжения ЭК = 160 В, следующий за ним — 180 В. Предельное напряжение (surge voltage), которое способен выдержать ЭК с = 160 В (в течение 30 сек), — 200 В.

Имеется большое количество серий ЭК на данное рабочее напряжение = 160 В и емкость С ≥ 470 мкФ: Hitachi AIC – HCGH (тип — под “винт”), HP3, HU3, HF2, HV2 (все типа “snap-in”) [15], Hitano – ELP, EHP, EHL (все типа “snap-in”), EPCOS – B43821, B43851, B43231, B43254.

Так как для срока службы ЭК одним из двух определяющих параметров является рабочее напряжение, то возможно имеет смысл выбрать ЭК на = 180 В и из тех же серий — HP3, HU3, HF2, HV2 (Hitachi AIC).

Выберем два ЭК одной серии HP3 (Hitachi AIC) на рабочие напряжения 160 В и 180 В и емкостью 470 мкФ (рисунок2.3) . Проведем расчет их срока службы.

Рисунок 2.3.- Параметры ЭК серии HP3.

Величину действительного значения тока пульсации выберем с запасом относительно первой гармонической:

(300 Гц, 20º) 0,75 (А).

Мощность потерь в ЭК:

= 0,172 (Вт),

= 0,15 (Вт),

где индекс “U1” относится к ЭК на 160 В, а индекс “U2” к ЭК на 180 В.

Выберем ЭК типоразмера D x L = 25 х 25 мм, тепловое сопротивление порядка = 22,8 ºС/Вт. Тогда:

4º C, = 3,4º C.

При температуре окружающей среды = 40º С получим:

= 44º C, = 43,4º C.

Оценка срока службы ЭК:

Здесь = 85º С, = 2000 часов, рабочее напряжение В.

Таким образом, в данном случае потери мощности в ЭК малы и он практически не нагревается. Это и определяет, в значительно большей степени, чем величина номинального рабочего напряжения, срок службы ЭК.

5 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

5.1 Порядок выполнения работы

5.1.1 Произвести расчет выпрямителя согласно следующих исходных данных:

Е_п

(В)

110

220

0,012

115

380

0,01

125

220

0,014

130

380

0,011

120

220

0,012

6 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

6.1 Тема работы.

6.2 Цель работы.

6.3 Исходные данные

6.4 Расчет выпрямителя.

6.5 Выводы по выполненной работе

Отчет оформляется в тетради

7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 7.1 Какое устройство называется выпрямителем?
2. 7.2 Какие схемы выпрямителей Вам известны?
3. 7.3 Преимущества и недостатки разных схем.

8ЛИТЕРАТУРА

8.1 Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. -М,: «Форум — Инфра — М», 2002 г., -383с.

Выбор ВЧ-диодов и ВЧ-транзисторов для современного беспроводного мира

31 января 2018

При организации беспроводных сетей не обойтись без высокочастотных дискретных полупроводниковых приборов. ВЧ ПИН-диоды, ВЧ-диоды Шоттки, ВЧ-транзисторы – широчайшую линейку этих изделий производит и предлагает на рынке компания Infineon.

В современном мире, где огромное число различных устройств постоянно находится «на связи», требуются надежные, высокопроизводительные, энергоэффективные беспроводные подключения. Высокочастотные (ВЧ) полупроводниковые приборы являются необходимыми компонентами, обеспечивающими эффективное функционирование мобильных и беспроводных телефонов, планшетов, игровых и цифровых телевизионных приставок. В области автомобилестроения радиочастотные устройства играют важную роль в различных встраиваемых системах – от контроля давления в шинах и дистанционного управления до навигационных и информационно-развлекательных систем. Средства ВЧ-связи играют также ключевую роль в управлении мультикоптерами, обеспечивая их безопасную эксплуатацию. Основой успешного решения перечисленных выше задач является выбор наиболее подходящих компонентов для беспроводных устройств.

Дискретные ВЧ-диоды и транзисторы – основа беспроводной связи

Согласно прогнозам, к 2020 году к глобальной сети будет подключено свыше 50 миллиардов различных устройств. Трафик сети постоянно поддерживается на высоком уровне как за счет интерактивного общения людей по беспроводным сетям, так и автоматического обмена данными между устройствами Интернета вещей (IoT). С достижением скорости передачи данных 1 Гбит/с наблюдается стремительный рост объема передаваемых данных, обусловленный трансляцией видеофайлов и потоковой передачей данных.

По мере того как мы становимся более зависимыми от беспроводных сетей, возрастают требования к качеству и доступности услуг связи, поэтому устойчивость и надежность систем связи приобретают решающее значение. При объеме рынка в € 345 млн дискретные ВЧ п/п-приборы составляют основу надежных и устойчивых беспроводных сетей в сегментах потребительских товаров, автомобильной электроники, промышленного и телекоммуникационного оборудования (рисунок 1).

Рис. 1. Спектр применений высокочастотных п/п-приборов

К основным дискретным ВЧ п/п-приборам относятся PIN-диоды, диоды Шоттки и ВЧ-транзисторы. При выборе элементной базы разработчики руководствуются рядом критериев – чувствительностью системы, помехоустойчивостью, КПД и другими характеристиками. По мере уменьшения габаритных размеров беспроводных устройств ключевым фактором становится наличие высокоэффективных п/п-приборов, выполненных в различных типах корпусов, что позволяет разработчику разместить устройство в ограниченном объеме.

Другими важными критериями выбора компонентов являются их качество и надежность, что особенно важно для устройств, постоянно работающих в уличных условиях или при неблагоприятных внешних воздействиях, например, на промышленных предприятиях и в автомобильной технике.

PIN-диоды

Структура PIN-диодов подобна структуре обычных диодов, но отличается наличием внутреннего слоя нелегированного кремния между областями с p- и n-проводимостью. Внутренний слой увеличивает толщину изолирующей области и уменьшает емкость p-n-перехода, что дает существенные преимущества в радиочастотных коммутационных устройствах, особенно по сравнению с кремниевыми диодами.

PIN-диоды широко применяются в силовых и высоковольтных каскадах радиочастотных устройств. При смещении в прямом направлении PIN-диод представляет собой резистор, в обратном направлении – разомкнутую цепь, что позволяет использовать PIN-диоды в регулируемых аттенюаторах или коммутаторах. PIN-диоды применяются также в схемах защиты радиочастотных устройств. Коммутаторы на основе PIN-диодов применяются в мобильной радиосвязи (базовых станциях и носимых устройствах), сетях WLAN, цифровых телевизионных приставках и автомобильных мультимедийных системах.

Одной из основных характеристик PIN-диодов являются вносимые потери (RF), которые пропорциональны сопротивлению PIN-диода при его смещении в прямом направлении. Параметр RF обычно задается в милливаттах для определенной величины прямого тока и, в идеале, должен иметь минимальную величину. Однако при уменьшении сопротивления RF увеличивается внутренняя емкость CT, являющаяся фактором, существенно влияющим на характеристики широкополосных коммутаторов на PIN-диодах. По этой причине величина RF выбирается на основе компромисса с учетом допустимой величины емкости CT. Существенными параметрами PIN-диодов являются также линейность, обеспечивающая целостность сигнала, и время переключения, что особенно важно для быстрой коммутации совмещенных приемопередающих антенн.

Вследствие ограниченных габаритов современных мобильных устройств разработчики отдают предпочтение производителям, предлагающим широкую номенклатуру корпусов, что позволяет разместить PIN-диод на ограниченной площади печатной платы. Дополнительное увеличение плотности упаковки можно получить, используя сборки из нескольких PIN-диодов в одном корпусе.

Диоды Шоттки

Диоды Шоттки характеризуются малым падением напряжения в прямом направлении (типичное значение составляет 0,2 В) и высокой скоростью переключения. Благодаря малому падению напряжения диоды Шоттки широко применяются как в силовой электронике, так и в радиочастотных устройствах, где их основным преимуществом по сравнению с диодами с p-n-переходом является высокая скорость переключения. Диоды Шоттки широко применяются в схемах детекторов, особенно в мобильных телефонах, устройствах сети WLAN и базовых станциях. Они применяются также в схемах смесителей цифровых телевизионных приставок и в аналогичных устройствах.

Диод Шоттки представляет собой полупроводник n-типа с нанесенным на него слоем металла и характеризуется низкой высотой потенциального барьера. Однако высокая напряженность электрического поля на краях металлизированной области приводит к появлению большого тока утечки и создает возможность пробоя. Для устранения данной проблемы по краю металлизированной области в слое полупроводника n-типа создается защитное кольцо с проводимостью p+, а также изолирующий слой диоксида кремния (рисунок 2).

Рис. 2. Структура диода Шоттки с защитным кольцом

Основной характеристикой диода Шоттки является обратный ток утечки, который пропорционален сопротивлению при смещении в прямом направлении (RF). Также важным параметром является КПД диодной схемы, особенно в портативных устройствах с батарейным питанием. Разработчикам необходимо обращать внимание и на искажение сигнала и линейность диода, чтобы обеспечить точное воспроизведение сигналов.

ВЧ-транзисторы

Биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) обладают параметрами, которые делают их идеальными для применения в одно- и двухполосных малошумящих ВЧ-усилителях (МШУ). Транзисторы HBT классифицируются как низкочастотные (до 5 ГГц) и среднечастотные (до 14 ГГц).

МШУ и, соответственно, ВЧ-транзисторы широко применяются в различных типах радиочастотных устройств – системах спутниковой связи, навигационном оборудовании, устройствах мобильной и стационарной радиосвязи (например, WiMAX) и сетях Wi-Fi. Они являются также основными компонентами систем дистанционного управления мультикоптерами.

ВЧ-транзисторы характеризуются набором параметров, важнейшим из которых является коэффициент усиления сигнала (Gmax). Важной характеристикой, особенно в устройствах с батарейным питанием, является также КПД.

Другим существенным параметром МШУ является коэффициент шума (NF), который показывает ухудшение отношения «сигнал/шум» (SNR) реального усилителя по сравнению с идеальным усилителем без вносимых потерь и шума. Коэффициент NF численно равен отношению значения «сигнал/шум» на входе усилителя к значению «сигнал/шум» на его выходе.

Важное влияние на возможность применения транзисторов в конкретных приложениях оказывает технология их изготовления. Например, транзисторы на основе сплава кремния и германия (SiGe) превосходят арсенид-галлиевые транзисторы по ряду параметров, в том числе – имеют более высокий КПД за счет меньшего напряжения «коллектор-эмиттер» VCE и, как правило, меньший коэффициент шума. Биполярные транзисторы на основе SiGe:C (кремний-германий-карбид) так же, как и транзисторы SiGe, имеют отличные шумовые характеристики и высокую линейность, однако позволяют дополнительно встраивать защиту от электростатического разряда (ЭСР) в структуру транзистора, значительно увеличивая тем самым его надежность.

Современный технический уровень ВЧ п/п-приборов

Разработки компании Infineon в области беспроводной связи с поддержкой различных протоколов являются удачным примером развития технологий производства ВЧ п/п-приборов за последние несколько лет. Например, PIN-диод BA592 обеспечивает вносимые потери (RF) 360 мВт, а в PIN-диоде BAR63 внутренняя емкость (CT) снижена до 0,23 пФ. Для устройств с ограниченными габаритами имеется вариант сборки из четырех PIN-диодов BAR90 в сверхминиатюрном корпусе TSSLP8. Характеристики PIN-диодов производства компании Infineon делают их идеальным решением для антенных коммутаторов, а соответствие требованиям стандарта AEC позволяет использовать их в автомобилестроении.

Компания Infineon производит сборки диодов Шоттки с различными вариантами корпусирования, включая схемы с общим анодом и общим катодом, а также конфигурации с последовательным и параллельным включением. Серия BAT15 включает в себя различные конфигурации, в том числе – сдвоенные и счетверенные варианты размещения в корпусе, что, при внутренней емкости 0,26 пФ, делает их идеальным выбором для схем смесителей. Минимальную емкость CT 0,21 пФ обеспечивает диод Шоттки BAT24, что позволяет использовать его в радиолокационных системах на частотах до 24 ГГц.

Линейка ВЧ-транзисторов производства Infineon (в настоящее время – восьмое поколение транзисторов) обеспечивает малый уровень шума и высокую линейность характеристики (рисунок 3).

Рис. 3. Линейка ВЧ-транзисторов Infineon

К основным характеристикам ВЧ-транзисторов восьмого поколения относятся высокая рабочая частота (до 80 ГГц) и малая потребляемая мощность, достигнутая благодаря возможности работы при напряжении питания до 1,2 В.

Биполярные транзисторы с гетеропереходом серии BFx84x являются лучшими п/п-приборами в классе дискретных ВЧ МШУ (рисунок 4) по сравнению с транзисторами седьмого поколения и лучшими аналогами, представленными на рынке. Благодаря особой геометрии в транзисторах серии BFx84x достигнуты коэффициент шума 0,85 дБ на частоте 5,5 ГГц и усиление до 23 дБ, что является лучшим на сегодняшний день набором параметров среди аналогов, представленных на рынке. Как и другие серии ВЧ-транзисторов производства компании Infineon, выполненные по технологии SiGe, транзисторы серии BFx84x содержат встроенную защиту от ЭСР до 1,5 кВ (Human Body Model).

Рис. 4. ВЧ-транзисторы восьмого поколения Infineon обеспечивают наибольшее усиление (а) и наименьший коэффициент шума (б)

•••

Наши информационные каналы

Приемопередатчики интерфейса RS-232 с встроенными TVS-диодами

Введение

При разработке любого современного электронного компонента приоритетными всегда были и остаются вопросы надежности и безопасности. Важным шагом при решении этих проблем стала разработка защиты от электростатического разряда на уровне устройства как системы. А для того чтобы гарантировать достаточный уровень устойчивости устройств, в том числе и входящих в них интегральных схем (ИС), к воздействию разряда электростатического электричества (Electrical Static Discharge, ESD) необходимо проводить испытания. Так, испытание на воздействие разряда статического электричества выполняют согласно стандарту IEC 61000-4-2:2008 (В РФ для этой цели используется ГОСТ 30804.4.2-2013 (IEC 61000-4-2:2008) «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний (Издание с Поправкой)», модифицированный по отношению к международному стандарту IEC 61000-4-2:2008 “Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4–2: Testing and measurement techniques — Electrostatic discharge immunity test”). Стандартом предусмотрено два метода испытаний — методом контактного или воздушного разряда, которые проводятся на интерфейсах ввода/вывода разрабатываемого устройства.

Если микросхема интерфейса не обеспечивает защиту от ESD на уровне устройства в целом, то, как правило, лучшим решением становится внешняя сборка из нескольких поглощающих энергию и ограничивающих напряжение воздействия элементов в виде супрессоров, обычно TVS-диодов (TVS — сокращение от англ. transient voltage suppression — «подавление выбросов напряжения»), выполненных в одном корпусе. По соотношению эффективности и стоимости организации решения защиты внешняя сборка из TVS-диодов является наиболее распространенным устройством защиты от электростатического разряда на аппаратном уровне.

Однако здесь есть свои нюансы. Разработчикам необходимо не только подобрать наиболее подходящий под конкретную задачу TVS-диод по его электрическим характеристикам, поскольку, кроме его параметров, на защиту от воздействия электростатического разряда на уровне системы напрямую влияет и его расположение на печатной плате. Защиту на основе TVS-устройств можно по типу разделить на две группы: реализованные на кристалле ИС и вне кристалла. Здесь TVS-устройства на кристалле ИС — это супрессоры, объединенные с приемопередатчиком на одной кремниевой пластине, а TVS-устройства вне кристалла — это внешнее устройство (или устройства), выполненное в отдельном корпусе.

Если используется традиционный приемопередатчик RS‑232, то для обеспечения защиты от электростатического разряда на системном уровне необходимо четыре внешних TVS-диода, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Схема включения ИС обычного приемопередатчика интерфейса RS 232 с защитой от разрядов статического электричества

При таком решении потребуется дополнительное место на печатной плате для размещения и подключения четырех внешних TVS-диодов. Как следствие, специалистам понадобится не только выбрать супрессоры, подходящие для сигналов с уровнями интерфейса RS‑232, но и доработать печатную плату в соответствии с выбранными компонентами, что в свою очередь приводит к увеличению сроков разработки. На рис. 2 представлено решение приемопередатчика RS‑232 со встроенными TVS-диодами.

Рис. 2. Схема применения ИС приемопередатчика RS 232 со встроенными TVS-диодами

Применение такого приемопередатчика не только уменьшает площадь печатной платы конечного решения интерфейса (СОМ-порта), но и напрямую улучшает устойчивость к воздействию электростатического разряда на уровне устройства — в области порта ввода/вывода RS‑232, без изменения имеющейся печатной платы. В статье рассматривается высоковольтное устройство для защиты интерфейса RS‑232, представленное в виде сдвоенного управляемого кремниевого диода (dual silicon-controlled rectifier, DSCR), обладающего динисторной S‑образной вольт-амперной характеристикой, но в отличие от обычно используемого SCR, работающего на ограничение напряжения сигналов обеих полярностей, — положительного и отрицательного.

Для обеспечения электрических характеристик как по уровню напряжения ограничения, так и по току, с учетом отсутствия эффекта защелкивания, управляемый диод был изготовлен с использованием 0,6‑мкм техпроцесса BCD (Bipolar-CMOS-DMOS). Физическая компоновка встроенного в SCR TVS-элемента защиты от ESD выполнена в виде сплошной площадки с внешними, выделенными по периметру прямоугольными областями (в оригинале статьи они названы концентрическими, что не соответствует действительности). Размер данного супрессора составляет 236×236 мкм. Приемопередатчик RS‑232 с таким встроенным в структуру SCR дополнительным TVS-элементом (далее для простоты — TVS-диодом) прошел испытания на устойчивость к контактному разряду напряжением 8 кВ/30 А по методике стандарта IEC61000-4-2 (степень жесткости 4), характерному при использовании интерфейса RS‑232 в портативных компьютерах и сканерах, а также испытания на отсутствие повреждений и эффекта «защелкивания» ИС интерфейса.

Механизм защиты на основе TVS-диодов в приложениях RS‑232

Теперь более подробно рассмотрим механизмы защиты и критерии выбора супрессоров.

Механизм защиты при использовании внешних TVS-диодов

При разработке защиты от ESD можно выделить два основных критерия:

выбор характеристик TVS-диода для размещения как внутри, так и вне ИС;
размещение и подключение внешних TVS-диодов на печатной плате.

Для RS‑232 максимальное напряжение сигнала составляет ±12 В, соответственно, для внешних TVS-диодов необходимо выбрать более высоковольтное двунаправленное защитное устройство. Однако во время нормальной передачи сигналов наличие помех может привести к срабатыванию внешнего супрессора, и передача сигнала будет нарушена. Для исключения этого эффекта и с учетом особенностей вольт-амперной характеристики (ВАХ) требуется, чтобы напряжение ограничения TVS-диодов было в 1,2–1,5 раза больше, чем максимальный уровень сигнала интерфейса.

Как правило, выбирая защиту от электростатического разряда, разработчики устройства принимают во внимание не только напряжение срабатывания, но и мощность электростатического разряда, которая может быть поглощена TVS-диодом, установленным вне ИС. Однако уровень защиты от воздействия электростатического разряда при использовании внешнего супрессора в первую очередь зависит от уровня напряжения ограничения. Чем ниже данное напряжение, тем эффективнее защита. Впрочем, наиболее значимой характеристикой для внешних TVS-диодов в части ESD-защиты все же является допустимая мощность поглощения электростатического разряда, которая имеет обратную зависимость от напряжения ограничения.

Есть еще один важный момент: энергия электростатического разряда должна поглощаться вблизи точки его приложения, то есть на входе в устройство. Соответственно, внешний TVS-диод, работающий в паре с интерфейсом RS‑232, должен быть размещен как можно ближе к разъему DB9. Однако если площадь печатной платы ограниченна, то расстояние между супрессором и защищаемым интерфейсом RS‑232 может увеличиться за счет трассировки и расположения компонентов. Как следствие, может возникнуть недопустимо большая собственная индуктивность проводников подключения TVS-диодов на печатной плате, и в определенной мере она повлияет на защиту традиционного приемопередатчика RS‑232 с внешними TVS-диодами.

Итак, в основном критерии выбора внешнего супрессора заключаются в том, чтобы эффективно отводить через него ток вне кристалла приемопередатчика интерфейса. Поэтому поставщики внешних TVS-диодов в качестве рекомендаций предоставят разработчикам устройств критерии оптимальной компоновки и примеры разводки. На рис. 3 показана схема испытания на контактный электростатический разряд испытательным генератором («искровым пистолетом») согласно стандарту IEC 61000-4-2. Здесь видно, что существует два пути протекания тока разряда: один (I_TVS) — через внешний TVS-диод вне кристалла интерфейса, а другой (I_t2) — непосредственно через входные цепи на кристалле приемопередатчика RS‑232.

Рис. 3. Структура протекания токов при использовании защиты от электростатического разряда на основе внешнего TVS-диода при контактных испытаниях «искровым пистолетом»

Считается, что после установки TVS-диода в виде дополнительной микросхемы внутренние цепи приемопередатчика интерфейса RS‑232 будут полностью защищены. Однако на практике такая концепция в корне неверна. Характеристики внешнего супрессора будут напрямую влиять на величину тока I_t2, проходящего через приемопередатчик RS‑232. Соответственно, при превышении этим током максимально допустимого входного тока интерфейс будет поврежден.

Этот ток определяется напряжением ограничения TVS-диода: чем ниже напряжение ограничения, тем меньше ток, протекающий в приемопередатчик RS‑232, что обеспечивает лучшую защиту. Проведем приблизительный количественный анализ контактного разряда. Ранее мы выбрали его равным 8 кВ согласно степени жесткости 4 по стандарту IEC61000-4-2. Количественный анализ должен дать разработчикам устройств общее представление о количественном расчете ограничивающего напряжения устройства при выборе встроенного TVS. Здесь нужно принять во внимание следующие допущения:

Максимальный ток, который может протекать через RS‑232, — это I_t2 = 2,7 A (модель человеческого тела (Human Body Model, HBM) в 4 кВ). Напряжение ограничения для максимального тока V_t2 = 20,3 В.
Ток, протекающий через дорожку на печатной плате, эквивалентен 2,7 А, что соответствует максимальному входному току приемопередатчика RS‑232.
Индуктивность дорожки печатной платы для подключения L = 1 нГн. При контактном разряде по стандарту IEC 61000-4-2 с уровнем 8 кВ (степень жесткости 4) пиковый ток переходного процесса достигнет 30 А за время, равное 1 нс.

Максимальное напряжение ограничения TVS-диода, установленного вне кристалла ИС, при токе 27,3 А можно рассчитать следующим образом:

V_TVS = V_t₂+L×(dlt²/dt) = 23 В.

Если напряжение ограничения превысит это значение, приемопередатчик RS‑232 будет безвозвратно поврежден — это количественный анализ приемопередатчика RS‑232 с воздействием согласно HBM-модели с уровнем напряжения 4 кВ.

Для традиционных приемопередатчиков RS‑232 максимальное напряжение ограничения внешнего супрессора должно быть ниже рассчитанного значения. Таким образом, первым приоритетом при выборе TVS-диода, размещенного вне кристалла ИС, с точки зрения его способности защиты от электростатических разрядов является выбор устройства с самым низким напряжением ограничения, не влияющим на уровень сигнала. Второе соображение — его способность выдерживать воздействие электростатического разряда необходимой мощности.

Механизм защиты встроенного супрессора

Вопрос разработки приемопередатчика RS‑232 со встроенным супрессором не так прост, как кажется на первый взгляд. Недостаточно лишь добавить супрессор в микросхему, необходимо, чтобы защищенные цепи также были спроектированы соответствующим образом. Однако микросхема со встроенным супрессором в первую очередь ограничена техпроцессом, используемым для производства непосредственно самой схемы приемопередатчика. Как следствие, ее труднее спроектировать, чем отдельную внешнюю TVS-матрицу, которая не имеет подобных ограничений. Кроме того, для обеспечения устойчивости к электростатическим разрядам микросхемы в целом цепи защиты ввода/вывода должны быть согласованы со встроенными TVS-диодами, а их слаботочные внутренние цепи должны быть защищены схемой ограничения тока. Принципиальная схема выходной цепи со встроенными TVS-диодами показана на рис. 4. Ее основное отличие от схемы защиты с внешним TVS-диодом состоит в том, что здесь добавлен резистор Rp, ограничивающий протекание чрезмерного тока через PMOS/NMOS-драйверы.

Рис. 4. Принципиальная схема выходной цепи со встроенным TVS-диодами

Резистор Rp используется для ограничения тока драйвера выходного каскада приемопередатчика RS‑232. Структура защиты, в отличие от проводника на печатной плате при использовании внешнего TVS-диода, заключается в том, что индуктивность печатного проводника платы представляет собой устройство для ограничения пикового тока, сглаживающего энергию электростатического разряда dI_peak/dt = 30 А/1 нс, для контактного разряда уровнем 8 кВ согласно степени жесткости 4 стандарта IEC 61000-4-2.

Теоретически способность защиты драйвера выходного каскада от ESD будет увеличена, если повысить максимальное напряжение ограничения встроенного TVS-диода. Для этого площадь выходного каскада драйвера также должна быть увеличена. При проектировании встроенного TVS-диода следует учитывать его невысокое максимальное напряжение ограничения. Одновременно с этим площадь встроенного TVS-диода ограничивается доступной площадью кристалла возле портов ввода/вывода, а также себестоимостью производства ИС и, соответственно, невозможностью бесконечного увеличения площади. Однако максимальное напряжение ограничения для TVS-диода на кристалле может быть выбрано больше, чем у внешнего супрессора. Таким образом, определяющими факторами здесь становятся разумное решение драйвера PMOS/NMOS и соответствующий выбор номинала резистора Rp. В итоге задача разработки схемы защиты со встроенным TVS-диодом сводится к его проектированию на ограниченной площади кристалла и расчету размеров каскада PMOS/NMOS одновременно с выбором номинала для Rp.

Таким образом, внутренняя схема RS‑232, подключенная к узлу P1, должна иметь схему ограничения тока, необходимую для предотвращения протекания чрезмерного тока через внутренние цепи, что может привести к необратимым повреждениям. Поскольку максимальное напряжение ограничения встроенного TVS-диода не может быть малым (как мы определили это ранее), потенциал в точке P1 остается достаточно высоким, что способно повредить внутренние компоненты при воздействии на них энергии электростатического разряда.

Схема ограничения тока может быть реализована с помощью простого резистора, имеющего сопротивление в пределах 1–10 кОм, в зависимости от параметров и геометрических размеров компонента внутренней схемы. Кроме того, для устранения сторонних паразитных эффектов резистор должен быть изготовлен из поликремния. Поэтому разработчикам ИС необходимо многократно моделировать схемы с учетом и электрических характеристик и электростатических разрядов, чтобы достичь соответствия требованиям спецификации для нормальных сигналов.

Конструктивное исполнение и электрические характеристики встроенных TVS-диодов

На рис. 5 изображено поперечное сечение встроенного высоковольтного SCR дополнительного TVS-элемента, образующего структуру SP/NW/SP/N+ от анода до катода. В обратную сторону от катода до анода структура остается такой же. Элемент защиты изготавливается по 0,6‑мкм BCD-технологии и настроен на срабатывание по заданному пороговому напряжению.

Рис. 5. Поперечное сечение высоковольтного DSCR

Электрические характеристики DSCR соответствуют напряжениям стандарта физического уровня для асинхронного интерфейса RS‑232. Согласно этому стандарту максимальное входное напряжение приемника RS‑232 составляет 25 В. Напряжение срабатывания DSCR, как мы уже определили ранее, выбрано в 1,2 раза выше максимального входного напряжения интерфейса. И хотя максимальное выходное напряжение на стороне передатчика составляет 12 В, напряжение ограничения DSCR, для того чтобы предотвратить искажение сигнала в случае возникновения ESD, должно быть больше, чем максимальное выходное напряжение. На рис. 6 показана вольт-амперная характеристика DSCR. Характеристическая ВАХ измеряется при помощи импульсов линии передачи (Transmission-line pulse, TLP) длительностью в 100 нс. Таким образом, на DSCR без каких-либо повреждений может быть подан ток до 17 А. Согласно кривой ВАХ по TLP, DSCR имеет сопротивление канала в открытом состоянии R_on = 0,62 Ом, то есть больше, чем у традиционных внешних TVS-диодов. Причина в том, что общее сопротивление DSCR будет выше, поскольку оно ограничено фактической площадью внутри корпуса микросхемы. Тем не менее DSCR — это эффективное и надежное устройство защиты от электростатического разряда с ограничивающим напряжением 37,6 В и током 1,1 А.

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика высоковольтного DSCR, измеренного методом TLP с длительностью импульса 100 нс

Пиковые характеристики электростатического разряда, проходящего через драйвер PMOS/NMOS, могут быть рассчитаны после подтверждения характеристик DSCR. Предполагается, что энергия электростатического разряда, измеренная в контактном режиме IEC 61000-4-3 при 8 кВ при скорости разрядного тока 30 А/нс, проходит через встроенный диод. При этом максимальное напряжение ограничения встроенного DSCR равно:

V_clamp = V_th+30×R_on = 37,6 В.

Считаем, что R_p = 8 Ом, а минимальное напряжение ограничения PMOS/NMOS-драйвера составляет 16 В. Максимальный ток, протекающий через выходной каскад интерфейса, будет равен 2,7 А, что соответствует мощности, приемлемой для HBM-модели.

Используя этот метод расчета и данные устройства ESD-защиты, предоставленные заводом по производству полупроводниковых пластин, разработчики ИС могут рассчитать размер необходимой области драйвера PMOS/NMOS. Высоковольтный DSCR, как показано на рис. 7, спроектирован в виде прямоугольной области (в оригинале статьи ошибочно указано «концентрического круга»), с учетом того, что DSCR-устройство должно одинаково срабатывать при большом токе независимо от полярности.

Рис. 7. Решение комплексной защиты от электростатического разряда приемопередатчика RS 232 со встроенным TVS-диодом (структура DSCR)

В этом решении внутренняя сплошная площадка представляет собой анод, а по ее внешней стороне выполнен катод с охранным кольцом на подложке. Чтобы не увеличивать площадь физической компоновки и эффективно комбинировать с ячейками ввода/вывода, высоковольтный DSCR должен быть изготовлен с двумя металлическими слоями, что позволит выполнить требования по ESD под выводом микросхемы согласно стандарту IEC 61000-4-2:2008.

Для эффективного отвода тока электростатического разряда крайне важно правильно разместить и подключить (разварить) встроенный супрессор. Во‑первых, во избежание сгущения тока (также известного как эффект смещения тока, current crowding effect, CCE) — неоднородного распределения плотности тока через проводник или полупроводник, особенно вблизи контактов и над p‑n‑переходами. Для этого ширина провод-ника в микросхеме должна быть достаточной, поскольку ток разряда на уровне микросхемы имеет большое значение. Во‑вторых, для уменьшения длины встроенного TVS-диода необходимо расположить его как можно ближе к «земле» и, соответственно, максимально уменьшить паразитную индуктивность проводника, чтобы повысить эффективность отвода тока.

На рис. 8 показано два варианта решения для встроенных TVS-диодов, где заземляющий вывод GND находится в верхнем правом углу микросхемы, при этом нижний левый TVS-диод отделен от «земли». Более длинный путь протекания тока (для TVS-диода в левом нижнем углу) дает худший эффект, что вполне естественно. Для устранения этого эффекта мы поместили дополнительную площадку GND в нижний левый угол, чтобы одновременно уменьшить расстояние пути, отводящего ток, и увеличить возможности защиты встроенного TVS-диода. Помимо этого, мы также учитываем расстояние между микросхемой и корпусом. На рис. 8а видно, что дополнительный вывод GND подключен к выводу GND (14) на корпусе через длинный провод. Эквивалентная индуктивность такого решения будет увеличиваться с увеличением длины проводки. Таким образом, постоянная времени (L/R) этого пути увеличивается, что в свою очередь приведет к повреждению микросхемы из-за ухудшения дренажного эффекта. После многократной проверки и теоретического анализа необходимо также принять во внимание размеры корпуса микросхемы, как показано на рис. 8б. Проверка приемопередатчика RS‑232 со встроенным TVS-диодом в составе конечного устройства обычно выполняется в полностью собранном виде с использованием генератора ESD, посылающего разряд на разъем DB9 порта RS‑232.

Рис. 8. Варианты подключения встроенных в ИС интерфейса RS 232 защитных TVS-диодов (на рисунке диаметр используемой для корпусирования проволоки не учитывается)

Рассмотрим эксперимент проверки устойчивости готового устройства к электростатическому разряду со встроенными в приемопередатчик RS‑232 TVS-диодами. В эксперименте для однонаправленных приема и передачи данных в режиме реального времени использовалось два портативных компьютера NB-A и NB-B с портом RS‑232 (рис. 9).

Рис. 9. Экспериментальная установка RS 232 приемопередатчика на ИС со встроенными TVS-диодами в системе NB

Компьютер, обозначенный как NB-A, был подключен через разъем DB9 к тестовой плате RS‑232 с ИС интерфейса со встроенным TVS-диодом. Затем тестовая плата также через разъем DB9 была подключена к компьютеру, обозначенному как NB-B. Данные отправлялись с компьютера NB-A, а принимались на вход Rx_in приемника RX, его выход Rx_out был в свою очередь подключен к входу Tx_in передатчика TX, выход Tx_out которого подсоединен ко второму компьютеру NB-B. После завершения передачи каждого пакета данные на обоих концах линии (NB-A и NB-B) сравниваются между собой. Скорость передачи в эксперименте составляет 256 кбит/с, а расстояние отправки — 2 м. Генератор ESD подавал разряд на TX_OUT (или RX_IN) в разъеме DB9.

Результаты экспериментов подтвердили, что в системе NB приемопередатчик RS‑232 со встроенным TVS-диодом обладает способностью обеспечить защиту от контактного электростатического разряда согласно IEC 61000-4-2 при уровне воздействия 20 кВ (класс B). При воздействии энергии электростатического разряда на приемопередатчик не было обнаружено необратимых повреждений и эффекта защелкивания. В фиксированном фрагменте данных коэффициент ошибок по битам (BER) составил 10%. Если напряжение электростатического контактного разряда было снижено до 8 кВ согласно стандарту IEC 61000-4-2, BER составлял всего 1%. Результаты экспериментов подтвердили, что встроенные в микросхему интерфейса RS‑232 TVS-диоды могут в полной мере обеспечить защиту от электростатического разряда на уровне устройства, что позволяет такой системе предохранить трансивер от необратимого отказа.

Заключение

В статье предложена разновидность защиты от электростатического разряда, выполненная на основе встроенного TVS-диода, которая может быть применена к ИС приемопередатчика интерфейса RS‑232. Конструктивная концепция защиты от электростатических разрядов на уровне устройства может быть реализована с помощью встроенного TVS-диода непосредственно в структуре высоковольтного DSCR.

Такой встроенный супрессор, использующий максимально компактную область физической компоновки, может обеспечить защиту от электростатического разряда на уровне системы при контактном воздействии импульса напряжения 8 кВ согласно требованиям по стандарту IEC 61000-4-2 степени жесткости 4 непосредственно на кристалле. При разработке встроенной защиты, организованной на этом принципе, акцент делается на эффективности как встроенного супрессора, так соответствующих внутренних схем. Выполнение требований по выбору и размещению TVS-диода привело к значительному развитию технологии защиты от электростатического разряда.

Натурные испытания также подтвердили, что встроенная защита на супрессорах DSCR с встроенным TVS-диодом обеспечивает защиту от электростатического разряда на уровне системы при контактном воздействии 20 кВ.

4. Выбор типа диода и разработка соединения схемы плеча преобразователя.

4.1. Выбор типа диода.

Выбор диода производиться по двум параметрам:

Так как СПП имеют низкую перегрузочную способность, то при расчете необходимо рассмотреть три режима работы тягового преобразователя:

режим длительной нагрузки
режим рабочей перегрузки но не чаще чем через каждые
режим аварийной перегрузки

В расчете определяем число параллельных СПП для перечисленных выше режимов, а затем принимаем наибольшее из них и округляют его до большего целого числа, если дробная часть превышает 0,1.

На основании выше указанных значений, выбираем для расчета диоды Д143-800 с охладителем О-143-150 и Д143-1000 с охладителем О-243-150

Характеристики диодов:

максимальное обратное напряжение ,
предельный ток диода ,
пороговое напряжение ,
дифференциальное сопротивление ,
тепловое сопротивление структура-корпус ,
тепловое сопротивление корпус-охладитель ,
тепловое сопротивление охладитель – окружающая среда при естественном охлаждении и температуре воздуха ,
максимальная допустимая температура полупроводниковой структуры ,
переходное тепловое сопротивление за время соответствующее эквивалентному прямоугольному импульсу мощности (t=6мс) ,
переходное тепловое сопротивление переход корпус за время τ=6 мс (соответствует 120 эл. град.) ,
переходное тепловое сопротивление переход корпус за период Т=20 мс ,
переходное тепловое сопротивление цепи структура-корпус, за время перегрузки tx=10c ,
переходное тепловое сопротивление цепи структура-корпус, за время перегрузки T+,

Расчет предельного тока по формуле нагрузочной способности:

(4.1)

где: — установившееся тепловое сопротивление цепи полупроводниковая структура — охлаждающая среда,

— температура окружающей среды, ;

— коэффициент формы тока, .

(4.2)

578.3 А

860 А

Находим число параллельных СПП в плече в общем случае определяется из соотношения:

(4.3)

где: — ток плеча преобразователя для соответствующего режима его работы (в режиме длительной нагрузки , в режиме кратковременной перегрузки для режима аварийной перегрузки ток плеча принимается равным амплитуде тока короткого замыкания), А;

— предельный ток диода, А;

— коэффициент нагрузки или коэффициент использования приборов по току в зависимости от длительной перегрузки:

(4.4)

— коэффициент, учитывающий снижение предельного тока из-за повышенной температуры охлаждающей среды, если не оговорены условия охлаждения, то

— коэффициент перегрузки в различных режимах;

— среднее значение тока перегрузки. В режиме длительной нагрузки этот ток равен предельному току ,который вычисляется по формуле (4.1). Для режимов рабочей и аварийной перегрузок ток рассчитывается по формулам (4.5) и (4.7) соответственно.

— коэффициент неравномерности распределения тока в параллельных ветвях. При проектировании допускают неравномерность распределения тока 10%, что соответствует

Округляя до наибольшего, получаем ,

Режим рабочей перегрузки для полупроводниковых приборов учитывается в том случае, если длительность перегрузки не превышает 100с:

(4.5)

где: — одно из значений температуры структуры при кратности нагрузки , предшествовавшей режиму перегрузки, обычно принимается по условиям эксплуатации

– коэффициент скважности импульсов прямого тока;

— одно из значений потерь мощности:

_с (4.6)

Примем тогда:

Округляя до наибольшего, получаем ,

В режиме аварийной перегрузки при и времени перегрузки (один полу период при частоте ) ток перегрузки определяется:

(4.7)

Округляем до наибольшего, получаем ,

На основании сравнения расчета для номинального режима , , режима рабочей перегрузки , и аварийного режима , принимаем максимальное число параллельных ветвей ,

Руководство по выбору диодов

: типы, характеристики, применение

Полупроводниковый диод — это нелинейное устройство, наиболее выдающейся особенностью которого является то, что ток, по сути, может течь только в одном направлении. Диод состоит из двух полупроводниковых материалов: материала N-типа (богатого отрицательными носителями или свободными электронами) и материала P-типа (богатого положительными носителями или дырками). Площадь контакта называется стыком. По этой причине диод обычно называют PN Junction .

Когда приложенное напряжение заставляет диод проводить электроны от анода к катоду, он работает в состоянии прямого смещения . Когда приложенный потенциал не допускает резкого увеличения тока и наблюдается только минимальное, практически нулевое значение тока на переходе, говорят, что диод находится в состоянии обратного смещения . При прямом смещении диод ведет себя так же, как замкнутый переключатель, а при обратном смещении диод ведет себя как разомкнутый переключатель.

Для обозначения диода используется следующий схематический символ:

Кредит изображения: GotToKnow.com

Анод представляет собой материал P-типа, а катод — материал N-типа перехода.

Работа диода

Работой диода управляет вольт-амперная характеристика диода.Диод в цепи с положительным (самым высоким) потенциалом, подключенным к материалу P, и отрицательным потенциалом, подключенным к материалу N, смещен в прямом направлении. Диод, самый высокий потенциал которого подключен к материалу N, а самый низкий потенциал — к материалу P, смещен в обратном направлении.

На следующем рисунке показано прямое и обратное смещение диода, подключенного к цепи.

Кредит изображения: Electrapk

Характеристики диода

Типичные ВАХ диода показаны на следующем рисунке.Есть две рабочие области, которые четко обозначены: область прямого смещения и область обратного смещения. Две шкалы используются вдоль каждой оси, чтобы отобразить различный отклик диода как в положительном, так и в отрицательном направлениях. Прямой смещенный ток на этой конкретной ВАХ выражается в миллиамперах (мА), тогда как в области обратного смещения ток выражается в микроамперах (мкА). Основные характеристики этих двух рабочих условий объясняются ниже.

Изображение предоставлено: Nikhil.M.R

Область прямого смещения

В области прямого смещения существуют две важные области, которые следует различать в зависимости от величины тока, наблюдаемого через диод. Первая область — это когда есть низкие уровни напряжения на диодах (V _D) и связанный с этим ток очень мал. Вторая область — это когда напряжение на диоде (V _D) превышает пороговое напряжение (V _th), и ток резко увеличивается.

Напряжение диода равно — Для любого напряжения диода (В _D) от нуля до (В _Thr) ток очень мал. В общем, в качестве приближения мы можем считать этот ток равным нулю. Это означает, что в этом диапазоне диод ведет себя как разомкнутый переключатель или как устройство с очень высоким сопротивлением.

Напряжение диода ≥ В _th — При любом напряжении диода (V _D) больше, чем (V _th), ток резко возрастает.В общем, в качестве приближения мы можем считать сопротивление равным нулю. Это означает, что в этом диапазоне диод ведет себя как замкнутый переключатель.

Реакция на приложенное напряжение в области прямого смещения контролируется пороговым напряжением диода, которое зависит от типа материала, из которого изготовлен диод. Кремниевый диод имеет приблизительное значение V _th = 0,7 В, а германиевый диод имеет приблизительное значение V _th = 0.3 В.

Область обратного смещения

В области обратного смещения также существуют две важные области, которые можно различить в зависимости от величины тока, наблюдаемого через диод. Ток через диод очень мал, практически равен нулю, когда напряжение на диоде находится между нулем и напряжением пробоя (V _BD). За пределами напряжения пробоя (V _BD) наблюдается резкое увеличение тока, которое отмечает вторую область интереса в области обратного смещения.

Напряжение диода равно BD — В этой области ток очень мал. Мы называем этот ток током утечки. В практических приложениях вы можете считать его равным нулю. Таким образом, в этой области диод ведет себя как разомкнутый переключатель или как устройство с очень большим сопротивлением.

Напряжение на диоде ≥В _BD — В области пробоя ток очень быстро увеличивается в зависимости от напряжения на диоде. Диод ведет себя как замкнутый переключатель или как устройство с очень маленьким сопротивлением.Обратите внимание, что напряжение на диоде в этом случае очень близко к V _BD для практических приложений, для любого напряжения источника.

Напряжение пробоя не является постоянным значением, как пороговое напряжение прямого смещения. V _BD отличается для каждого диода. Это значение является параметром спецификации, предоставленным производителем.

В следующей таблице приведены рабочие условия диодов. Последний столбец таблицы показывает поведение идеального диода.Когда идеальный диод смещен в прямом направлении, он будет вести себя как замкнутый переключатель с сопротивлением, равным нулю (0 Вт). В обратном смещении идеальный диод аналогичен разомкнутому ключу с током, равным нулю, и бесконечным (∞ Ω) сопротивлением.

Напряжение диода (В _D)	Текущая	Сопротивление	Идеальное поведение

Прямое смещение	≈ 0	очень большой	выключатель разомкнутый
(V _D V _th)		(≈ ∞)


Прямое смещение	большой	очень маленький	выключатель замкнутый
(V _D ≥ V _th)


Обратное смещение	≈ 0	очень большой	выключатель разомкнутый
(V _D V _BD)		(≈ ∞)


Обратное смещение	большой	очень маленький	выключатель замкнутый
(V _D ≥ V _BD)

Идентификация диода

Схематический символ, используемый для диода, обычно представляет собой стрелку с короткой линией на конце.Катод выполнен из материала N-типа и обозначен острием стрелки. Анод выполнен из материала P-типа и обозначен основанием стрелки.

Производители могут использовать различные методы для обозначения анода и катода диода. В наиболее распространенном методе катод (материал N-типа) идентифицируется цветной полосой. Таким образом, конец диода, ближайший к этой полосе, является катодом. Другой конец — анод (материал P-типа).

Изображение предоставлено: Integrated Publishing

Характеристики диода

Важные характеристики диодов зависят от типа диода и области его применения.Ниже мы перечислим наиболее важные характеристики для всех типов диодов.

Прямое напряжение (В _F) — это напряжение на выводах диода, приводящее к резкому увеличению тока в прямом направлении.
Прямой ток (I _F) — это ток при приложении прямого напряжения; он течет через диод в направлении меньшего сопротивления.
Обратный ток (I _R) или ток утечки — это значение тока при приложении обратного напряжения. Это ток, который протекает при приложении обратного смещения к полупроводниковому переходу.
Обратное напряжение (В _R) — это максимально допустимое обратное напряжение, которое можно применять повторно.
Напряжение пробоя (В _BR) — это обратное напряжение, при котором небольшое увеличение напряжения приводит к резкому возрастанию обратного тока.
Рассеиваемая мощность (P _D) — это максимально допустимая рассеиваемая мощность на выходе (в Вт) диода при указанной температуре окружающей среды. Рассеиваемая мощность — это мощность, рассеиваемая диодом во включенном состоянии.
Рабочая температура перехода (T _j) — это диапазон температур, при котором диод предназначен для работы.

Типы диодов

Термин «диод» можно использовать для описания типичного PN-диода, также известного как диод общего назначения, или его можно использовать как более широкий термин для описания одного из многих других типов диодов.Определенный тип диода может использоваться для конкретного приложения или демонстрировать определенное поведение или характеристику. Следующие описания и иллюстрации охватывают краткий список диодов общего и специального назначения.

Диоды общего назначения — это электронные компоненты с двумя выводами, которые позволяют току течь только в одном направлении, от анода (+) к катоду. Эти простые полупроводники представляют собой PN-переходы с положительной или P-областью с положительными ионами и отрицательной или N-областью с отрицательными электронами.Приложение прямого напряжения к PN-переходу заставляет ток течь только в одном направлении, поскольку электроны из N-области заполняют «дыры» в P-области. Обратное напряжение диода является потенциальным барьером, препятствующим протеканию тока в обратном направлении, аналогично номинальному давлению на обратном клапане.

Изображение предоставлено: AMB Laboratories

Светодиоды (LED) — это устройства с PN переходом, которые испускают световое излучение посредством электролюминесценции при прямом смещении.Они используются в качестве различных индикаторов в авиационном, автомобильном и транспортном освещении, а также в качестве освещения некоторых ламп и фонарей. Большинство светодиодов работают в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах, хотя теперь есть и УФ-светодиоды.

Кредит изображения: MRISAR

Фотодиоды представляют собой двухэлектродный, чувствительный к излучению переход, сформированный в полупроводниковом материале, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения.Фотодиоды используются для определения оптической мощности и для преобразования оптической мощности в электрическую. Фотодиоды могут быть PN, PIN или лавинными. PN-фотодиоды имеют двухэлектродный чувствительный к излучению PN-переход, сформированный в полупроводниковом материале, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения. PIN-фотодиоды — это диоды с большой внутренней областью, зажатой между полупроводниковыми областями, легированными P и N. Фотоны, поглощенные в этой области, создают пары электрон-дырка, которые затем разделяются электрическим полем, таким образом генерируя электрический ток в цепи нагрузки.Лавинные фотодиоды — это устройства, в которых используется лавинное умножение фототока с помощью дырочных электронов, создаваемых поглощенными фотонами. Когда напряжение обратного смещения устройства приближается к уровню пробоя, пары дырка-электрон сталкиваются с ионами, создавая дополнительные пары дырка-электрон, таким образом, достигается усиление сигнала.

Кредит изображения: MCU Tutor

PIN-диоды представляют собой трехслойные полупроводниковые диоды, состоящие из внутреннего слоя, разделяющего сильно легированные слои P и N.Заряд, накопленный в собственном слое, вместе с другими параметрами диода определяет сопротивление диода на ВЧ и СВЧ частотах. Это сопротивление обычно составляет от кОм до менее 1 Ом для данного диода. PIN-диоды обычно используются в качестве переключателей или элементов аттенюатора.

Кредит изображения: Все о схемах

Выпрямители получают переменный ток (AC) со средним значением ноль вольт и подают постоянный ток (DC), сигнал одной полярности с чистым значением больше нуля вольт, процесс, также известный как выпрямление.Важнейшим компонентом выпрямителя является диод. Диод — это электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении, от анода (+) к катоду (-). Один выпрямительный диод позволит распространяться только половине сигнала переменного тока, блокируя обратную полярность, пока она не превышает напряжение пробоя. Доступно несколько схем, которые позволяют выполнять однополупериодное и двухполупериодное выпрямление.

Изображение предоставлено: Marine Insight

Диоды Шоттки также известны как диоды с барьером Шоттки или диоды с горячей несущей.Они состоят из соединения между металлическим слоем и полупроводниковым элементом. Металлический слой, катод, сильно занят электронами зоны проводимости. Полупроводниковый элемент, анод, представляет собой слаболегированный полупроводник N-типа. При прямом смещении электроны с более высокой энергией в N-области инжектируются в металлическую область, позволяя переходу работать во включенном состоянии. Диоды Шоттки достигают высоких скоростей переключения, поскольку они очень быстро отдают свою избыточную энергию, когда они колеблются между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ.

Изображение предоставлено: Electrical-Info.com

Туннельные диоды — это сильно легированные P-N диоды, в которых туннелирование электронов из зоны проводимости материала N-типа в валентную зону в области P-типа создает область отрицательного сопротивления. Эта область отрицательного сопротивления является наиболее важной областью эксплуатации. По мере увеличения напряжения ток уменьшается. Эта функция делает туннельные диоды особенно полезными в генераторах малой мощности и радиочастотных (RF) приложениях.

Кредит изображения: HyperPhysics

Варакторные диоды — это диоды с p-n переходом, которые предназначены для работы в качестве конденсатора с регулируемым напряжением при работе в режиме обратного смещения. Когда PN-переход смещается путем приложения напряжения к переходу, это приводит к отрицательному заряду на стороне P и положительному заряду на стороне N. Область между этими положительными и отрицательными зарядами, известная как область истощения, не содержит движущихся зарядов.

Собственная емкость является результатом смещения перехода: два противоположных заряда разделены изолятором. Фактически, все PN-переходы имеют соответствующую емкость (Cj), и когда на диод подается напряжение, область обеднения уменьшается (прямое смещение) или увеличивается (обратное смещение), изменяя значение емкости PN-перехода.

Варакторы изготавливаются таким образом, что емкость PN перехода имеет известное и управляемое отношение к приложенному напряжению на диоде.Эта управляемая напряжением емкость обычно создается исключительно с использованием только обратного смещения. На следующем рисунке показаны схема, символ и кривая, показывающая взаимосвязь между приложенным напряжением обратного смещения и емкостью.

Изображение предоставлено: Политех Лилль

Обратите внимание, что по мере увеличения напряжения обратного смещения (V _R) емкость уменьшается.Качество C _T — это емкость устройства при отсутствии приложенного напряжения. Связь между напряжением обратного смещения и емкостью определяется следующей формулой:

Где:

C _Дж = Емкость перехода

C _T = конечная емкость

В _R = обратное напряжение смещения

Стабилитроны — это устройства с PN-переходом, которые предназначены для работы в области обратного пробоя.Напряжение пробоя (Vz) стабилитронов устанавливается путем тщательного контроля уровня легирования во время изготовления. Это явление пробоя называется напряжением Зенера или эффектом Зенера.

Изображение предоставлено: TDK Lambda UK

Тип диода	Характеристики	Заявление
*Светоизлучающий диод (LED)*	PN Соединительное устройство, излучающее световое излучение	Передатчик света / оптических сигналов
*PN Соединительный диод*	Проводить ток от анода (+) к катоду (-)	Общего назначения
*Фотодиод*	Оптоэлектронное устройство, в котором обратный ток меняется в зависимости от освещенности	Обнаружение / преобразование оптической мощности
*PIN диод*	Увеличенная область истощения; Более низкая емкость; Повышенное обратное напряжение пробоя	Выпрямитель высокого напряжения, РЧ-переключатель; Фотоприемник
*Выпрямитель*	проводит постоянный ток (DC), сигнал одинарной полярности с чистым значением выше нуля вольт	Исправление
*Диод Шоттки*	Низкое прямое напряжение; Нет времени обратного восстановления	Высокая частота; Высокоскоростное переключение
*Туннельный диод*	Область отрицательного сопротивления в области прямого смещения; Узкая область истощения	Низкое усиление мощности; Высокая частота; Высокоскоростное переключение
*Варакторный диод*	Емкость является функцией обратного напряжения смещения; Используется как конденсатор переменной емкости	VCO; RF фильтры
*Стабилитрон*	проводит ток, когда обратное смещение достигает VBR; Постоянное выходное напряжение; Резкое увеличение тока @ VBR	Источники питания; Регулирование напряжения

Этапы жизненного цикла продукта

Диоды

соответствуют этапам жизненного цикла продукта, которые определены Альянсом электронной промышленности (EIA) в EIA-724.EIA-724 признает шесть различных фаз жизненного цикла продукта: внедрение, рост, зрелость, насыщение, снижение и поэтапный отказ.

Кредит изображения: UIUC

Введение — Планирование или дизайн продукта в стадии разработки. Образцы могут существовать, а могут и не существовать. Могут произойти изменения в спецификациях и запланированные даты внедрения могут быть отложены. Заказы и отгрузка продукции не допускаются.
Рост — Производство быстро растет. Производственные мощности добавляются. Заказы и отгрузки разрешены.
Срок погашения — Рост продукта стабилизировался или достиг пика. Качество продукции очень высокое. Заказы и отгрузки разрешены. Продукт рекомендован к использованию в новых разработках.
Насыщение — Продажи и мощности достигли пика. Заказы и отгрузки разрешены.
Снижение — Производительность начинает снижаться.Заказы и отгрузки разрешены, но устройства не рекомендуются для новых разработок
Поэтапный отказ — Производственные мощности быстро сокращаются. Может быть выпущено официальное уведомление о прекращении производства. Возможны ограничения на отгрузку, но заказы по-прежнему разрешены. Устройства не рассматриваются в новых разработках.

Соответствие RoHS

Изображение предоставлено: Решения по промышленной безопасности

Ограничение содержания опасных веществ (RoHS) — это директива Европейского Союза (ЕС), которая требует от всех производителей электронного и электрического оборудования, продаваемого в Европе, продемонстрировать, что их продукция содержит только минимальные уровни следующих опасных веществ: свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром, полибромированный дифенил и полибромированный дифениловый эфир.RoHS вступил в силу 1 июля 2006 г.

ресурсов

Диоды и выпрямители

Теория полупроводниковых диодов

Типы диодов

Анализ цепи

— Выбор правильного диода

(опять как дежавю)

Причина выбора диода с определенными параметрами следующая:

Reverse Voltage: Выберите, чтобы быть выше максимально возможного обратного напряжения, которое может быть замечено на устройстве.(Когда диод не горит.)

Forward Current: Выберите, чтобы быть выше максимально возможного тока, который может протекать через устройство. (Когда горит диод.)

Прямое напряжение: выберите, если небольшое падение напряжения в прямом направлении должно быть на уровне или ниже определенного значения. (Когда горит диод.)

Есть несколько других параметров диодов, но они обычно менее важны, особенно в простых цепях постоянного тока.

Для схемы выше:
Обратное напряжение:
Рассчитайте максимальное напряжение, которое можно было бы увидеть, если бы в линии (между c и e) был установлен диод.Рассчитайте напряжение в направлении, обратном току диода. (Другими словами, поместите диод в схему и проведите анализ.) В вашем последнем запросе вопрос включал возможность выхода из строя других источников питания, поэтому проводите анализ с учетом этого). Анализ даст представление о необходимом обратном напряжении. Обычно вы выбираете диод с обратным напряжением выше расчетного, включая некоторый запас прочности (если он указан). Диоды часто имеют определенные значения обратного напряжения (что-то вроде резисторов со стандартными значениями)

прямой ток: То же, что и выше, но рассчитайте максимально возможный ток, который можно увидеть, проходя через диод в прямом направлении.

прямое напряжение: Если требуется определенное известное или минимальное значение прямого напряжения, выберите диод с этим параметром. (Например, прямое напряжение силиконового диода во включенном состоянии составляет около 0,7 В). Примечание. Этот параметр может зависеть от тока.

Стабилитрон будет использоваться только в том случае, если вы хотите, чтобы диод пропускал ток в обратном направлении при известном напряжении. Обычно они используются только в том случае, если вам нужно фиксированное напряжение в некоторой точке цепи.Например, их можно использовать для создания опорного напряжения.

Что такое обратный диод или диод свободного хода и его применение

Ⅰ Введение

Обратные диоды , которые также известны как свободно вращающиеся диоды, обычно относятся к диодам, которые обратно параллельны концам элементов накопления энергии, таких как катушки индуктивности, реле и тиристоры. Когда напряжение или ток внезапно меняются в цепи, это защищает другие компоненты в цепи.При использовании обратного диода ток в цепи можно изменять более плавно, чтобы избежать скачков напряжения. В этой статье подробно рассказывается, что такое обратный диод, как работает обратный диод, выбор обратного диода и функция обратного диода.

Как работает свободно вращающийся диод

Каталог

В электронике обратным напряжением или индуктивным обратным ходом является скачок напряжения , создаваемый индуктором при резком отключении его источника питания.Причина этого скачка напряжения заключается в том, что не может быть мгновенного изменения тока, протекающего через индуктор.

Кроме того, постоянная времени катушки индуктивности определяет скорость, с которой ток может изменяться через катушку индуктивности. Это похоже на постоянную времени конденсатора, которая определяет скорость, с которой может изменяться его напряжение.

Диод свободного хода назван потому, что он играет в цепи роль свободного хода. Обычно он используется в схеме для защиты компонентов от повреждения или сгорания из-за пробоя напряжения, подключается параллельно к обоим концам элементов, которые генерируют наведенную электродвижущую силу (ЭДС), и образуют с ними петлю, так что высокий Электродвижущая сила, генерируемая в контуре, потребляется методом непрерывного тока, тем самым защищая компоненты в цепях.

Обратные диоды подключены параллельно на обоих концах катушки. Когда ток проходит через катушку, он создает наведенную электродвижущую силу на обоих концах. Когда ток исчезает, его индуцированная электродвижущая сила создает обратное напряжение для компонентов в цепи. Когда обратное напряжение выше, чем обратное напряжение пробоя элементов, это приведет к повреждению таких элементов, как триод и тиристор. Когда ток, протекающий через катушку, исчезает, индуцированная электродвижущая сила, создаваемая катушкой, поглощается работой, создаваемой диодом и катушкой, тем самым защищая другие элементы в цепи.

Ⅱ Конструкция

На следующем рисунке показано, что обратноходовой диод установлен поперек катушки индуктивности. Идеальный обратный диод будет иметь очень большой пиковый прямой ток; емкость, которая помогает справляться с переходными процессами напряжения из-за повреждения диода, а источник питания индуктора подходит для обратного напряжения пробоя и низкого прямого падения напряжения. Скачок напряжения может в 10 раз превышать напряжение источника питания, что зависит от задействованного оборудования и области применения.Таким образом, понятно, что нельзя недооценивать энергию, которая содержится в индукторе под напряжением.

Рисунок 1. Обратный диод

Для идеального выбора обратного диода следует выбрать диод с очень большой пиковой емкостью прямого тока (для обработки переходных напряжений без перегорания диода), кроме того, с низким прямым падением напряжения и обратным пробивным напряжением, подходящим для источника питания индуктора. . В зависимости от применения и реальных требований к оборудованию, некоторые скачки напряжения могут в 10 раз превышать напряжение источника питания, поэтому очень важно не недооценивать энергию, содержащуюся в индукторе под напряжением.

Примечание по выбору обратного диода

, которое вы должны знать

При использовании с реле катушки постоянного тока обратный диод может вызвать задержку отключения контактов при отключении питания из-за продолжающейся циркуляции тока в катушке реле и диоде. Когда важно быстрое размыкание контактов, можно подключить резистор небольшого номинала последовательно с диодом, чтобы помочь быстрее рассеивать энергию катушки за счет более высокого напряжения на переключателе.

Диоды Шоттки предпочтительнее использовать в качестве импульсных преобразователей мощности в обратных диодах, поскольку они имеют наименьшее прямое падение (~ 0.2 В, а не> 0,7 В для малых токов) и способны быстро реагировать на обратное смещение (при повторном включении индуктора). Поэтому они рассеивают меньше энергии при передаче энергии от катушки индуктивности к конденсатору.

Когда обратный диод используется для простого рассеивания индуктивной энергии, как в соленоиде или электродвигателе, вместо него используются дешевые диоды общего назначения 1N540x и 1N400x.

Ⅲ Как это работает?

Обратный ход Диоды часто используются с элементами накопления энергии, чтобы предотвратить внезапные изменения напряжения и тока, чтобы обеспечить проход.Катушка индуктивности может обеспечивать непрерывный ток нагрузки через нее, чтобы избежать резких изменений тока нагрузки и сгладить ток. В импульсном источнике питания вы можете увидеть цепь свободного хода, состоящую из последовательно соединенных диода и резистора, которые подключены параллельно первичной обмотке трансформатора. Когда переключатель выключен, цепь свободного хода может высвободить энергию, накопленную в катушке трансформатора, чтобы наведенное напряжение не было слишком большим и вышло из строя переключатель.Как правило, в качестве обратного диода часто выбирают диод с быстрым восстановлением или диод Шоттки.

Рисунок 2. Обратный диод в цепи импульсного источника питания

На Рисунке 2 (c), когда KR включен, верхнее значение соответствует положительному напряжению, а нижнему — отрицательному, а направление тока — сверху вниз. Когда VT выключен, ток в KR внезапно прерывается, и создается индуцированный потенциал. Текущее направление остается постоянным, то есть сохраняется направление тока KR сверху вниз, что основано на законе Ленца.Индуцированный потенциал и напряжение источника питания накладываются и прикладываются к ТН, облегчая тем самым пробой ТН. Чтобы избежать этого, VD используется для короткого замыкания индуцированного потенциала, генерируемого KR, то есть ток течет по часовой стрелке в небольших цепях диодов и реле для защиты VT. R и C на рисунке 2 (b) также используют принцип, согласно которому напряжение на C не может быть резко изменено для поглощения индуцированного потенциала.

Короче говоря, обратный диод подключается параллельно реле или катушке индуктивности на обоих концах цепи.Когда индуктор выключен, электродвижущая сила на обоих концах не исчезает сразу. В это время остаточная электродвижущая сила высвобождается через диод свободного хода, чтобы обратить обратное направление, генерируемое катушкой (ЭДС потребляется в виде тока). Можно видеть, что диод свободного хода не является существенным компонентом, но играет роль «свободного хода» в схеме.

Например, обратно подключите обратный диод на обоих концах катушки реле или на обоих концах однонаправленного тиристора.На практике электромагнитные реле обычно управляются триодами или МОП-трубками для автоматического управления электрическими нагрузками (например, через однокристальный микрокомпьютер), а катушка реле имеет большую индуктивность, которая может хранить электрическую энергию в виде магнитного поля. Поэтому, когда он втягивается, он сохраняет большое магнитное поле. Когда триод, управляющий реле, переключается с включенного на выключенное, катушка отключается, но в катушке есть магнитное поле. В это время обратное электродвижущее напряжение может достигать 1000 В, чтобы разрушить другие компоненты схемы.Это потому, что доступ диода точно такой же, как направление обратной электродвижущей силы. Таким образом, обратный потенциал нейтрализуется диодом свободного хода в виде тока для защиты других компонентов схемы. Кроме того, это обычно диод с высокой скоростью переключения.

Рисунок 3. Схема диода свободного хода

Поскольку на катушке реле существует индуктивная нагрузка, которая будет поглощать самоиндуктивное напряжение катушки реле, когда триод выключен.Согласно закону Ленца, когда ток на катушке индуктивности уменьшается, генерируется самоиндуктивное напряжение. Направление этого напряжения таково, что прямой вывод отрицательный, а коллектор ведущей лампы положительный. Это напряжение пробьет триод, поэтому параллельно реле подключен диод свободного хода, который поглощает это самоиндуктивное напряжение.

1) Влияние временного параметра схемы ниже уровня мс на механический контакт игнорируется.

2) Даже время обратного восстановления 1N4000 намного ниже уровня мс, а время прямой проводимости короче.

3) Емкости между возбуждающими лампами и паразитной емкостью реле достаточно для отключения быстродействующего диода.

4) Потребление индуктивного накопителя энергии в основном зависит от сопротивления обмотки, которое обычно находится в сверхдемпфированном состоянии.

Транзисторы обычно используются в качестве переключателей. Как показано на рисунке, транзистор TR1 используется для управления проводимостью катушки реле, а контакт реле используется для управления цепью нагрузки.

В тиристорной схеме тиристор обычно используется в качестве контактного переключателя, при управлении большой индуктивной нагрузкой будет генерироваться противодвижущая сила высокого напряжения, и принцип такой же, как у реле.

Обратный диод также используется в катушках дисплеев, обычно используемых в реле. Он часто используется с элементами накопления энергии, чтобы предотвратить внезапные изменения напряжения и тока и обеспечить путь. Катушка индуктивности может обеспечивать непрерывный ток нагрузки, чтобы избежать резких изменений тока нагрузки и сгладить ток.В импульсных источниках питания часто встречается цепь свободного хода, состоящая из последовательно соединенных диода и резистора. Следующая цепь подключена параллельно первичной обмотке трансформатора.

Рисунок 4. Обратный диод в релейной цепи

Диод свободного хода добавлен к обоим концам индуктивной нагрузки, и здесь индуктивность должна иметь индуктивную характеристику. Особенностью индуктивной нагрузки является то, что ток не может быть резко изменен, другими словами, он не может быть внезапным.Общие индуктивные нагрузки включают катушки реле и соленоидные клапаны.

Рисунок 5. Типичная цепь свободного хода

На рисунке 5 показана типовая схема применения обратного диода, где резистор R определяет, нужен он или нет. Когда элемент аккумулирования энергии VT включен, верхнее напряжение является положительным, а нижнее напряжение — отрицательным, а направление тока — сверху вниз. Когда ТН выключен, ток в элементе накопления энергии внезапно прерывается, и в это время генерируется индуцированный потенциал.Этот индуцированный потенциал и напряжение источника питания накладываются и прикладываются к обоим концам ТН, что может легко вызвать выход ТН из строя. Для этой цели можно добавить VD, чтобы индуцированный потенциал, генерируемый элементом накопления энергии, можно было замкнуть накоротко для достижения цели защиты VT.

Ⅳ Выбор

1) В зависимости от рабочего напряжения

2) В зависимости от рабочего тока

1N4007 — неплохой выбор, но не лучший, потому что ПЛК может быть поврежден до того, как диоды успеют воспроизвести эффект свободного хода.Следовательно, лучше всего использовать FR107 для защиты цепи свободного хода, которая может лучше защитить выходной интерфейс ПЛК, и стоимость не будет слишком большой. Также можно выбрать IN5819 или IN5817 , который имеет лучшую производительность, чем FR107, но стоимость немного выше.

Ⅴ Приложения

5.1 Резюме

Обратные диоды обычно используются с элементами накопления энергии, и их роль заключается в предотвращении внезапных изменений напряжения и тока в цепи и обеспечении потребляющего много энергии пути для обратной электродвижущей силы.Индуктивная катушка может обеспечивать непрерывный ток нагрузки через ЭДС, чтобы не изменять ток нагрузки и сглаживать ток. В импульсном источнике питания цепь свободного хода всегда состоит из последовательно соединенных диода и резистора. Эта цепь подключена параллельно первичной обмотке трансформатора. Когда переключатель выключен, цепь свободного хода может высвободить энергию, накопленную в катушке трансформатора, чтобы наведенное напряжение не было слишком большим и вышло из строя переключатель.

5.2 Входной импульсный источник питания

В прямом импульсном источнике питания, когда MOS выключен, вторичная сторона трансформатора обеспечивает ток наружу за счет энергии, накопленной в катушке индуктивности. Чтобы катушка индуктивности выполняла эту роль под нагрузкой, на вторичной стороне трансформатора добавлен обратный диод. Индуктор, нагрузка и диоды свободного хода создают пути для передачи энергии в катушке индуктивности наружу.

5.3 In Converter Technology

В схеме электронного преобразователя однофазный мостовой выпрямитель в секции выпрямления представляет собой схему однофазного выпрямителя с наиболее практическими применениями. Трехфазное мостовое выпрямление является наиболее широко используемым методом в энергосистемах, особенно в системах возбуждения генераторов. Обе эти цепи должны быть подключены к обратному диоду. Его функция почти такая же. В качестве примера возьмем однофазную мостовую схему: когда выпрямительный мост подключен к индуктивной нагрузке, поскольку ток индуктора не может быть резко изменен, во время выключенного тиристора он должен подключать обратный диод на обоих концах нагрузки для обеспечения сглаживающий путь для предотвращения опасных перенапряжений на индуктивной нагрузке, а также тиристор может быть переключен на проводимость.

Трехфазные мостовые выпрямительные схемы, используемые в системах возбуждения генераторов, подразделяются на трехфазные мосты с полууправлением и трехфазные мостовые схемы с полным управлением. Следовательно, чтобы обеспечить надежную коммутацию компонентов выпрямителя, мосту с полууправлением необходимо параллельно подключать обратные диоды на обоих концах индуктивной нагрузки, а мосту с полным управлением этого не требуется. Кроме того, при изменении угла проводимости среднее напряжение и линейный ток полууправляемого моста изменяются медленнее, чем полностью управляемого моста.

В настоящее время преобразователи тока, такие как выпрямители и инверторы, используются в большом количестве устройств, в которых обратноходовые диоды обычно добавляются к внутренней шине постоянного тока преобразователя. Поскольку, если нагрузка является индуктивным элементом, при выходе из строя инвертора большой мощности на шине, шина постоянного тока будет генерировать огромную энергию обратного выброса. В это время необходимо предусмотреть канал разряда для этой энергии, иначе она выйдет из строя или сожжет преобразователь. Для формирования этого канала нужен диод, то есть обратный диод.

5.4 В схеме однонаправленного полуволнового кремниевого управляющего выпрямителя

Для однонаправленной полуволновой схемы кремниевого управляющего выпрямителя с большой индуктивной нагрузкой , когда кремниевое управление выключено в отрицательном полупериоде, индуктивная нагрузка будет генерировать высокий реверс индуцированная электродвижущая сила. Эта обратная электродвижущая сила достаточна, чтобы вызвать разрушение и возгорание кремниевого элемента управления. После этого обратная электродвижущая сила может быть разряжена в прямое падение напряжения на диоде (около 0.7 В), тем самым эффективно защищая компоненты схемы.

5.5 В цепи BUCK

Рисунок 6. Цепь BUCK

В схеме BUCK диоды с быстрым восстановлением или диоды Шоттки обычно выбираются в качестве диодов свободного хода. Обычно он используется в цепи для защиты компонентов от выхода из строя или возгорания индуцированным напряжением. Два конца элемента образуют с ним петлю, так что большая электродвижущая сила, генерируемая в петле, потребляется непрерывным током, тем самым защищая элементы в цепи.

Теоретически диод подбирается минимум в 2 раза больше максимального тока. На практике из-за высокой стойкости диода к переходным перегрузкам также можно использовать сверхбыстрый диод с максимальным током 50 А. Кроме того, разумный радиатор обычно мало повреждается при фактическом использовании. Полный импеданс при проводимости — это внутреннее сопротивление двигателя плюс эквивалентное внутреннее сопротивление приводной трубки. А полный импеданс во время холостого хода — это внутреннее сопротивление двигателя плюс эквивалентное внутреннее сопротивление диода холостого хода.Как правило, внутреннее сопротивление обратного диода, эквивалентное переменному току, меньше, чем внутреннее сопротивление управляющего транзистора, эквивалентное переменному току. Поэтому в обычной конструкции максимальный ток диода свободного хода обычно удваивается до максимального тока двигателя.

Переходный ток — это всего лишь момент, и способности защиты от перегрузки поверхностно-контактного диода достаточно, если он не используется при перенапряжении, при необходимости можно последовательно подключить небольшой резистор для ограничения тока.Обратный диод предназначен для защиты коммутирующего устройства. Переходный ток во время холостого хода связан с рабочим напряжением двигателя и внутренним сопротивлением обмотки и не имеет ничего общего с мощностью двигателя. Если необходимо, пиковое значение переходного тока представляет собой напряжение обратной самоиндукции минус падение напряжения на диодном переходе, а затем деленное на сопротивление контура. Причина, по которой используется диод с определенным током, заключается в том, что внутреннее сопротивление обмотки низковольтного двигателя большой мощности низкое, поэтому переходный ток будет относительно большим.Серия небольших резисторов может подавить пиковый ток, переходное напряжение на лампе переключателя немного возрастает, потому что рабочее напряжение невелико, и теперь выдерживаемое по току напряжение транзисторов составляет не менее 50 В или более.

Ⅵ Есть кое-что, о чем нужно заботиться

Диоды свободного хода обычно используются в импульсных источниках питания, схемах реле, тиристорных схемах, IGBT и других схемах. Они широко используются, поэтому при их использовании необходимо обращать внимание на следующие моменты:

1) Обратный диод представляет собой эффективный метод предотвращения высокого напряжения, генерируемого самоиндуктивным потенциалом, от повреждения связанных компонентов, когда катушка постоянного тока отключена.

2) Полярность обратного диода не должна быть подключена неправильно, в противном случае может возникнуть короткое замыкание.

3) Обратный диод всегда инвертирован к напряжению постоянного тока, то есть отрицательный полюс диода соединен с положительным полюсом источника питания постоянного тока.

4) Обратный диод работает в состоянии прямой проводимости, а не в состоянии пробоя или в состоянии высокоскоростного переключения, то есть обратный диод не используется при электрическом пробое, восстанавливаемой ситуации, но его однонаправленный эффект проводимости является ключевым точка.

5) Стабилитроны нельзя рассматривать как обратные диоды. Поскольку стабилитроны используют обратные характеристики, а обратные диоды используют прямые характеристики.

Часто задаваемые вопросы о обратном диоде или обратном диоде

1. Что такое обратный диод?
Обратный диод — это диод, подключенный к катушке индуктивности, используемый для устранения обратного хода, который представляет собой внезапный всплеск напряжения, наблюдаемый на индуктивной нагрузке, когда ее ток питания внезапно уменьшается или прерывается.

2. Какую роль играет диод свободного хода?
Обратный диод также называется обратным диодом. … Здесь улавливающий диод используется для устранения обратного хода, когда наблюдается резкий скачок напряжения на индуктивной нагрузке при резком снижении тока питания. Это помогает цепи от повреждения.

3. Для чего используется обратный диод?
Обратный диод — это диод, подключенный к катушке индуктивности, используемый для устранения обратного хода, который представляет собой внезапный всплеск напряжения, наблюдаемый на индуктивной нагрузке, когда ее ток питания внезапно уменьшается или прерывается.

4. Как работает обратный диод?
Обратный диод заставляет катушку индуктивности вытягивать ток из себя в петлю до тех пор, пока энергия не будет рассеиваться в диоде и проводах. Когда ток в асинхронном двигателе переменного тока внезапно прерывается, индуктор пытается поддерживать увеличение напряжения и тока путем изменения полярности.

5. Как выбрать обгонный диод?
Номинальное обратное напряжение диода должно быть не менее напряжения, приложенного к катушке реле.Обычно дизайнер делает большие резервы в обратной оценке. Диода на 50 вольт в вашем приложении будет более чем достаточно. И снова 1N4001 выполнит свою работу.

6. Как выбрать обратный диод для реле?
Укажите диод на ток не менее 79,4 мА. В вашем случае номинальный ток 1N4001 намного превышает требования. Номинальное обратное напряжение диода должно быть не менее напряжения, приложенного к катушке реле. Обычно дизайнер делает большие резервы в обратной оценке.

7. Каковы преимущества обратного диода?
Каковы преимущества свободного хода диода в полноволновом выпрямителе? Это уменьшает гармоники, а также уменьшает искрение и искрение на механическом переключателе, так что это уменьшает скачок напряжения, наблюдаемый в индуктивной нагрузке.

8. Почему в управляемом выпрямителе используется диод свободного хода?
Когда индуктивная цепь выключена, этот диод создает короткое замыкание для протекания тока затухания индуктора и, следовательно, рассеивания накопленной энергии в катушке индуктивности.Этот диод также называют маховиком или обратным диодом. цепей, цепей инвертора и цепей прерывателя, сделав их непрерывными.

9. Каков эффект от добавления инерционного диода?
Он уменьшает гармоники, а также уменьшает искрение и искрение на механическом переключателе, так что он уменьшает скачки напряжения, наблюдаемые в индуктивной нагрузке.

10. Какая польза от обгонного диода в схеме преобразователя?
В схемах преобразователя используется безынерционный диод.Он подключается к нагрузке. Во время положительного цикла ввода он имеет обратное смещение. Во время отрицательного цикла входа диод проводит, и энергия, накопленная в индуктивности цепи в течение предыдущего полупериода, передается самой нагрузке.

Альтернативные модели

Часть	Сравнить	Производителей	Категория	Описание
ПроизводительЧасть #: QS32X245Q2G	Сравнить: Текущая часть	Производители: Технология интегрированных устройств	Категория: Логические ИС	Описание: Коммутатор шины 2 элемента CMOS 16IN 40Pin QVSOP Tube
ПроизводительЧасть #: QS32X245Q2G8	Сравнить: QS32X245Q2G VS QS32X245Q2G8	Производители: Технология интегрированных устройств	Категория: Логические ИС	Описание: Коммутатор шины 2 элемента CMOS 16IN 40Pin QVSOP T / R
ПроизводительЧасть #: QS32X2245Q2G8	Сравнить: QS32X245Q2G VS QS32X2245Q2G8	Производители: Технология интегрированных устройств	Категория: Логические ИС	Описание: Коммутатор шины 2 элемента CMOS 16IN 40Pin QVSOP T / R
ПроизводительЧасть #: QS32X2245Q2G	Сравнить: QS32X245Q2G VS QS32X2245Q2G	Производители: Технология интегрированных устройств	Категория: Логические ИС	Описание: Коммутатор шины 2 элемента CMOS 16IN 40Pin QVSOP Tube

Руководство по выбору дистанционных термочувствительных диодов

ВВЕДЕНИЕ

Это обучение предназначено для разработчиков, которые создают системы, в которых используются термодатчики с выносными диодами; в частности, удаленные диоды, которые представляют собой дискретные биполярные переходные транзисторы (BJT).

Информация, представленная здесь, систематизирует важные критерии для выбора диода дистанционного зондирования для использования с высокоточными и недорогими термодатчиками удаленного диода Microchip.

Microchip производит датчики температуры, которые специально предназначены для работы с термодиодами процессора. Итак, эти обсуждения касаются выбора подходящего BJT, а также предоставления списка приемлемых BJT, некоторые из которых упоминаются.

На протяжении всего этого обучения фраза «удаленный транзистор с диодным соединением» относится к дискретному BJT с диодным соединением (соединение база-коллектор закорочено).Это обучение предполагает, что читатель имеет практические знания в области измерения температуры с использованием транзисторов с диодным соединением.

ОБЗОР

Это практический подход к выбору удаленного транзистора с диодным подключением для использования с термодатчиком, как показано на рисунке ниже.

Обсуждения полупроводниковых параметров транзистора, которые влияют на точность измерения температуры, включены сюда как необходимая особенность удаленного термочувствительного диода.

Здесь представлена краткая таблица квалифицированных дискретных транзисторов 2N3904 «отрицательно положительно отрицательно» (NPN). В нем перечислены устройства других производителей, которые были протестированы и соответствуют установленным стандартам точности.

ПАРАМЕТРЫ ДИОДА

Эти три параметра полупроводника являются основными факторами при рассмотрении транзисторов с диодным соединением в приложениях для измерения температуры.

Фактор идеальности (η)
Коэффициент усиления по току в прямом направлении (бета или hFE)
(RS)

Фактор идеальности (η)

Коэффициент идеальности — это параметр зависимости тока диода от напряжения.Оно приближается к значению 1,0, когда диффузия носителей доминирует над текущим потоком, и приближается к значению 2,0, когда ток рекомбинации доминирует над текущим потоком. Этот термин является постоянным для любого конкретного устройства, хотя он может варьироваться для разных устройств.

Датчики температуры

калибруются во время заключительного испытания, чтобы обеспечить точные показания с помощью диода, имеющего типичный коэффициент идеальности. В этом документе типичное значение коэффициента идеальности выражается как ηASSUMED, а значение коэффициента идеальности пользовательского транзистора с диодным подключением выражается как ηREAL.

Температура, указанная датчиком температуры, будет включать ошибку от реальной температуры, как определено уравнением в уравнении 1. Чтобы использовать это уравнение, значения температуры должны быть преобразованы в шкалу Кельвина. Результат будет неверным, если значения, используемые для отражения, находятся в шкале Цельсия или Фаренгейта.

Обычно предпочтительным выносным диодом является транзистор 2N3904. Были оценены несколько образцов каждого из транзисторов, перечисленных в таблице 1, и их коэффициент идеальности был определен как ~ 1.004. Обычно коэффициент идеальности не указывается в спецификации транзистора. Хотя транзисторные устройства (кроме указанных здесь) могут быть использованы, чтобы быть уверенным в правильной работе, перед использованием их следует пройти аттестацию.

Аттестация этих устройств выполняется путем получения данных о параметрах, описанных в этом обучении, от производителя устройства. Для измерения параметров требуется прецизионное тепловое оборудование. Обратитесь к своему инженеру по полевым приложениям Microchip для получения дополнительной поддержки.

ТАБЛИЦА 1: ТИПОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИДЕАЛЬНОСТИ ДЛЯ 2N3904 ДИОДОПОДКЛЮЧЕННЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Производитель	Типичный фактор идеальности
ROHM Semiconductor	1,0038
Диоды ^® Включены	1,0044
NXP ^®	1,0049
STMicroelectronics	1,0045
ON Semiconductor ^®	1.0046
Chenmko CO., LTD.	1,0040
Infineon ^® Technologies AG	1,0044
Fairchild Semiconductor ^®	1,0046
National Semiconductor	1.0037

В уравнении 1 значение коэффициента идеальности, для которого калибруется датчик температуры, равно ηASSUMED, а фактическое значение коэффициента идеальности транзистора с диодным соединением равно ηREAL.В этом уравнении погрешность измерения температуры не является постоянным смещением, а увеличивается по мере того, как TREAL увеличивает температуру удаленного транзистора с диодным соединением.

На рисунке ниже показана ошибка измерения температуры, вызванная исключительно разницей между ηASSUMED и ηREAL. На этом рисунке ηASSUMED равно 1,004, что является типичным значением коэффициента идеальности для транзистора 2N3904 NPN с диодным соединением. Датчики температуры обычно калибруются в диапазоне 2N3904 (1,004), потому что это также очень похоже на коэффициент идеальности большинства транзисторов с диодным подключением подложки, которые встречаются в процессорах и графических процессорах.

На рисунке выше также показано, почему настоящие двухконтактные дискретные диоды не используются в устройствах измерения температуры вместо трехконтактных устройств, таких как 2N3904. Как правило, дискретный двухполюсный диод будет работать так же хорошо, как и тепловой диод в приложениях для измерения температуры. Однако лабораторные исследования показали, что дискретные двухполюсные диоды обычно имеют коэффициент идеальности намного выше (1,2–1,5), чем ηASSUMED, равный 1,004. Это несоответствие между ηASSUMED и ηREAL приведет к недопустимым ошибкам измерения температуры при всех температурах.

Коэффициент усиления по току в прямом направлении (бета или hFE)

Типичный датчик температуры подает два фиксированных тока (IF1 и IF2) на термодиод для измерения температуры, как показано на рисунке ниже.

Датчик температуры измеряет напряжение VBE, которое создается на основе тока коллектора, а не тока эмиттера.

Коэффициент усиления прямого тока (бета) транзистора не является постоянным в общих рабочих условиях. Он меняется в зависимости от температуры и в зависимости от I _C.Изменение бета в зависимости от температуры не вызывает ошибки измерения температуры. Однако, если бета транзистора сильно различается в зависимости от I _C, показания температуры могут быть неточными из-за ошибки, вызванной бета-коэффициентом.

Если значение бета относительно постоянное в диапазоне принудительных эмиттерных токов, то отношение I _C2: I _C1 остается равным отношению двух принудительных эмиттерных токов и не вызывает ошибки. Это становится проблемой только тогда, когда изменение бета вызывает несоответствие между соотношением I _C2: I _C1 и соотношением I _E2: I _E1.

Уравнение 3 показывает ошибку, вызванную непостоянным значением бета при двух токах. β _F1 представляет бета транзистора при текущем значении I _F1, а β _F2 представляет бета при текущем значении I _F2. N представляет собой фиксированное соотношение двух принудительных токов (I _E1 и I _E2). Если бета постоянна в диапазоне двух токов (β _F1 = β _F2), то нет никакой ошибки измерения температуры, вызванной из-за изменения бета.

На приведенном ниже рисунке представлен график допустимого изменения бета-излучения в диапазоне источника тока датчика (10–400 мкА), чтобы можно было по-прежнему поддерживать точность не менее одного градуса при 70 ° C. Бета-коэффициент транзистора должен находиться между двумя линиями на графике в крайних точках диапазона тока датчика температуры, чтобы обеспечить точность 1 ° C с выбранным транзистором с диодным подключением. Ось x представляет бета-значение транзистора с диодным соединением на I _F1, а ось Y — для бета-сигнала на I _F2.Он варьируется в зависимости от диапазона источника тока датчика.

На рисунке ниже показаны типичные значения бета транзистора для ограниченной выборки этих устройств. Эти устройства были охарактеризованы в лабораториях по определению характеристик микрочипов. Эти данные не следует использовать в качестве гарантированного значения для конкретного транзистора, а только как типичное представление для ограниченного количества, протестированного Microchip.

Из приведенных выше цифр и таблицы 2 можно сделать вывод, что для набора транзисторов 2N3904, протестированных Microchip, бета-коэффициент был стабильно высоким и плоским.Измеренное значение бета легко находится внутри двух строк на приведенном выше рисунке во всем диапазоне токов, поступающих от датчика температуры.

В таблице 2 дана количественная оценка ошибки, вызванной бета-вариацией при использовании тестируемых 2N3904. Как показали испытанные устройства, изменение бета-излучения очень мало влияет на точность измерения температуры.

ТАБЛИЦА 2: ОШИБКА ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗ-ЗА ИЗМЕНЕНИЯ БЕТА 2N3904 ПРИ 70 ° C

Производитель	Температурная ошибка (° C)
ROHM Semiconductor	+0.07
Diodes Incorporated	+0,00
NXP	+0,04
STMicroelectronics	+0,03
ON Semiconductor	+0.01
Chenmko CO., LTD.	+0,15
Infineon Technologies AG	+0,03
Фэйрчайлд Полупроводник	+0,00
National Semiconductor	+0.00

Сопротивление серии (RS)

Сопротивление серии

(RS) — еще один параметр, влияющий на точность измерения температуры. Это заставляет датчик температуры сообщать о температуре выше, чем фактическая температура термодиода. Взаимосвязь между температурным смещением и RS отображается в следующем уравнении.

Температурная ошибка, вызванная RS, является постоянным смещением для всех температур. При использовании типичного датчика температуры Microchip величины I _F2 и I _F1 вызывают приблизительно +0.Погрешность 67 ° C на Ом последовательного сопротивления. Для различных устройств 2N3904, характеризуемых Microchip, RS оказалось меньше 1 Ом. Сюда не входит RS из-за следов на печатной плате, соединяющих датчик и выносной диод; это только RS, обнаруженный в охарактеризованных устройствах 2N3904.

В таблице 3 приведены некоторые типичные значения RS, найденные для выборки различных устройств 2N3904. Было обнаружено, что это значение RS для тестируемого набора 2N3904 имеет положительный температурный коэффициент и, как правило, обычно увеличивается примерно на 5% при увеличении на + 10 ° C.

Таблицу 3 не следует использовать в качестве руководства для компенсации температуры, сообщаемой датчиком температуры Microchip. Датчики температуры микрочипа обычно калибруются с использованием транзистора с диодным соединением 2N3904, который уже компенсирует этот член ошибки RS.

Таблица 3 представлена как справочная информация, чтобы помочь разработчикам тепловых систем понять возможные эффекты неидеальности измерения температуры.

ТАБЛИЦА 3: ТИПИЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СЕРИЙНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ТРАНЗИСТОРОВ С ДИОДНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ 2N3904

Сопротивление серии

Производитель	(RS) при 70 ° C
ROHM Semiconductor	0.68
Diodes Incorporated	0,65
NXP	0,72
STMicroelectronics	0,58
ON Semiconductor	0,90
Chenmko CO., LTD.	0,73
Infineon Technologies AG	0,57
Фэйрчайлд Полупроводник	0,60
National Semiconductor	0.51

СПИСОК ИСПЫТАННЫХ ДИОДОВ

В этой таблице приведен ограниченный выбор транзисторов 2N3904 NPN, которые были охарактеризованы как соответствующие спецификациям для получения измерений с точностью до 1 ° C.

ТАБЛИЦА 4: ИСПЫТАННЫЕ ДИОДЫ ДЛЯ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ

Производитель	Номер модели
ROHM Semiconductor	UMT3904
Diodes Incorporated	MMBT3904-7
NXP	MMBT3904
STMicroelectronics	MMBT3904
ON Semiconductor	MMBT3904LT1
Chenmko CO., ООО	MMBT3904
Infineon Technologies AG	SMBT3904E6327
Фэйрчайлд Полупроводник	MMBT3904FSCT
National Semiconductor	MMBT3904N623

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение, хотя наблюдались различия между версиями 2N3904 BJT от разных производителей, результаты при их использовании с датчиками температуры Microchip были очень согласованными.Для всех типичных протестированных устройств 2N3904 температура никогда не отклонялась более чем на ± 0,2 ° C от истинной температуры. Устройства 2N3904, перечисленные в таблице 4 (или любой BJT / диод с эквивалентными параметрами), дадут точные результаты измерения температуры при использовании с датчиками температуры Microchip. Microchip предлагает семейство датчиков температуры для многих приложений. Доступно несколько специальных функций, таких как исправление ошибок сопротивления и настройка идеальности. Кроме того, некоторые устройства разработаны специально для работы с термодиодами процессора.Пожалуйста, проконсультируйтесь с вашим представителем Microchip или посетите веб-сайт Microchip для получения дополнительной информации.

Как выбрать лазерный диод | Руководство по выбору лазерного диода

Добро пожаловать на страницу RPMC «Как выбрать лазерный диод». Здесь, в RPMC, есть широкий выбор лазерных диодов (LD), и мы здесь, чтобы помочь вам найти лучший из них для вашего приложения.

Лазерный диод определяется как: полупроводниковый излучатель света, который генерирует свет определенных длин волн со сфокусированной энергией.Свет излучается с края кристалла лазерного диода. Размер и количество излучателей определяют выходную мощность и качество луча ЛД.

Прочитав эту страницу, вы должны лучше понять, как выбрать лучший лазерный диод для ваших конкретных нужд. Давайте начнем.

Если вам нужна помощь:

Типы лазерных диодов:

Мы предлагаем широкий ассортимент типов лазерных диодов на выбор, в том числе с одним и несколькими излучателями, квантово-каскадные лазеры (QCL), объемную брэгговскую решетку (VGB) и многое другое.Эти «Типы» обычно определяют технологию, используемую для генерации лазерной генерации. Однако есть некоторые исключения (например, массивы / стержни, стеки, настраиваемые системы, системы под ключ). Кроме того, большинство продуктов имеют параметры настройки, включая упаковку, параметры уровня пластины, охлаждение, фотодиоды и многое другое. Для получения дополнительной информации о наших LD вы можете посетить нашу страницу Lasers 101, и вы можете щелкнуть ссылки Laser Diode Type в каждом разделе ниже.

Один эмиттер / несколько излучателей:

Мы предлагаем широкий ассортимент лазерных диодов с одним и несколькими излучателями.Одиночные излучатели имеют одну излучающую область (излучатель), которая излучает свет. Они могут быть многомодовыми или одномодовыми, в зависимости от размера излучателя. Многомодовые диоды имеют большую ширину, что позволяет использовать более одной моды в активной области, обеспечивая более высокую мощность, но более низкое качество луча. Для одномодовых лазерных диодов верно обратное: меньшая мощность и более высокое качество луча. Наши лазерные диоды с одним излучателем доступны в УФ, фиолетовом, синем, зеленом, красном и ИК диапазонах длин волн

В многоканальных излучателях

используется несколько одиночных излучателей (обычно многомодовые излучатели с оптоволоконным выходом).Комбинирование нескольких одиночных излучателей обеспечивает большую мощность при меньшем потреблении тока по сравнению с линейками лазерных диодов. Наши лазерные диоды с несколькими излучателями доступны в синем, красном и инфракрасном диапазонах длин волн

Доступны как лазерные диоды с одним, так и с несколькими излучателями, с широким спектром корпусов и опций настройки.

массивов / баров:

Лазерные диодные матрицы

(или стержни) позволяют расположить излучатели рядом друг с другом с определенным шагом между излучающими областями.Матричные лазерные диоды могут иметь более высокую выходную мощность с опциями красной и инфракрасной длин волн и обычно используются в различных промышленных и медицинских приложениях.

Стеки:

Комплекты лазерных диодов

состоят из массивов / стержней лазерных диодов, уложенных вертикально или горизонтально для увеличения общей выходной мощности. Наши стеки лазерных диодов доступны с длинами волн от 808 до 980 нм (ИК-режим) в нескольких корпусах с оптоволоконной связью и в свободном пространстве.

VCSEL:

Лазеры с вертикальным резонатором, излучающие поверхность (VCSEL), имеют излучающую область, ориентированную перпендикулярно верхней поверхности чипа, в отличие от лазерных диодов, которые излучают свет со стороны чипа.Один чип VCSEL может использоваться для достижения очень высокого качества луча, или несколько чипов (10, 100 или даже 1000) могут быть объединены для создания большей излучающей области, увеличения общей выходной мощности и повышения долговременной надежности. VCSEL имеют большую точность, меньший размер, меньшее энергопотребление и более высокую надежность, чем их аналоги с диодными лазерами.

Распределенная обратная связь:

В лазерных диодах

с распределенной обратной связью (или DFB) используется брэгговская решетка для обеспечения одночастотного выходного сигнала и узкая ширина линии с хорошим коэффициентом подавления боковых мод (SMSR).Они доступны с длинами волн инфракрасного излучения с опциями вывода в свободном пространстве и с оптоволоконной связью.

Объемная решетка Брэгга:

В лазерных диодах

с объемной брэгговской решеткой (VBG) используется технология внешнего резонатора для обеспечения выходного сигнала с узкой шириной линии и длиной волны. Лазерные диоды VBG доступны в зеленом, красном и инфракрасном диапазонах длин волн, с опциями вывода в свободном пространстве и с оптоволоконной связью.

Квантовый каскад:

Квантово-каскадные лазеры (ККЛ) представляют собой квазинепрерывные межподзонные полупроводниковые лазеры Фабри-Перо, работающие при комнатной температуре и излучающие около центральной длины волны в режимах MWIR и LWIR.Высокая средняя мощность и эффективность подключения к розетке QCL идеально подходят для противодействия и других оборонных приложений.

Суперлюминесцентный:

Суперлюминесцентные лазерные диоды (также иногда называемые суперлюминесцентными диодами или суперлюминесцентными светоизлучающими диодами — SLED) — это оптоэлектронные полупроводниковые устройства, излучающие широкополосное оптическое излучение. Эти устройства обычно используются для тестирования оптических компонентов, телекоммуникаций и оптической когерентной томографии.

Мультиволновой:

Наши многоволновые лазерные диоды обеспечивают несколько вариантов вывода непрерывного сигнала с одного и того же устройства. Эти многомодовые диоды имеют водяное охлаждение, многомодовые оптоволоконные выходы и доступны с несколькими длинами волн, включая синий, красный и инфракрасный.

Система под ключ:

Наши лазерные диодные системы «под ключ» готовы к немедленному использованию, доступны со встроенной электроникой, терморегулятором, пользовательским интерфейсом и многим другим. Системы BDL «под ключ» доступны с длинами волн 915 нм и 976 нм, с многомодовым волоконно-оптическим выходом CW и выходной мощностью от 1 до 3 кВт, в зависимости от конфигурации.Система DS3 «под ключ» может использовать ЛЮБОЙ из наших лазерных диодов серии K, чтобы сделать их системой «под ключ». Просто выберите желаемую конфигурацию с опцией системы «под ключ» DS3. Есть много доступных длин волн от фиолетового до инфракрасного.

Настраиваемые лазеры:

Наши перестраиваемые лазерные диоды представляют собой квантовые каскадные лазеры (ККЛ) с распределенной обратной связью (DFB) в режиме длин волн LWIR от 11,3 до 16 мкм. Доступные в герметичном корпусе с высокой тепловой нагрузкой (HHL), со встроенной коллимирующей линзой, термистором и термоэлектрическим охладителем (TEC), эти QCL хорошо подходят для интеграции в системы или в качестве автономной системы под ключ для приложений НИОКР и обнаружения.

Пакетов:

Наши лазерные диоды доступны в огромном разнообразии стандартных и нестандартных упаковок. Чтобы назвать лишь некоторые из них, мы предлагаем: B-Mounts, C-Mounts, T-Mounts и Q-mounts, 3,8 мм / 5,6 мм / 9 мм TO-Cans, 9 мм SMA, HHL, Open Beam & Fiber-Coupled Butterfly ( BF) и МНОЖЕСТВО других.

Длина волны:

Одна из наиболее важных характеристик, которые следует учитывать при выборе лазерного диода, — это длина волны. Наши лазерные диоды доступны в широком диапазоне длин волн.Многие приложения зависят от длины волны, в то время как некоторые приложения могут использовать несколько длин волн, в зависимости от предпочтений или особенностей вашей конкретной настройки. Наши многочисленные варианты длин волн охватывают режимы УФ, фиолетового, синего, зеленого, красного, ИК, SWIR, MWIR и LWIR. Таблица справа показывает небольшую выборку длин волн, подходящих для данного приложения.

Ультрафиолетовые или УФ-лазеры:

Наши УФ лазерные диоды обычно используются на длине волны 375 нм.

Фиолетовые лазеры:

Диапазон наших фиолетовых лазерных диодов составляет от 390 до 419 нм.

Синие лазеры:

Диапазон наших синих лазерных диодов составляет от 420 до 499 нм.

Зеленые лазеры:

Диапазон наших зеленых лазерных диодов составляет от 500 до 559 нм.

красных лазеров:

Диапазон наших красных лазерных диодов составляет от 620 до 699 нм.

ИК-лазеры:

Инфракрасные или (ИК) лазерные диоды

можно разделить на четыре категории. ЛД ближнего инфракрасного (NIR), коротковолнового (SWIR), средневолнового (MWIR) и длинноволнового (LWIR) инфракрасного диапазона.Чтобы увидеть все предлагаемые нами продукты для ИК-лазеров, перейдите по этим ссылкам:

• Лазеры NIR • Лазеры SWIR • Лазеры MWIR • Лазеры LWIR •

Если вам нужна помощь:

Если вы хотите узнать больше:

Smiths Interconnect — Руководства пользователя Smiths Interconnect

В Разделе 22 настоящего стандарта, озаглавленном «Восприимчивость к переходным процессам, индуцированным молнией», определены методы и процедуры тестирования для выполнения проверки ввода вывода и пучка кабелей на авиационном оборудовании.Чтобы проверить способность электронной системы противостоять воздействию переходных процессов, вызванных молнией, процедуры испытаний определяют переходные процессы, вызванные молнией, по двум характеристикам.

Форма волны переходного процесса, показывающая, как быстро возникает переходный процесс и как долго он длится. Иногда это называют шириной импульса и измеряют в секундах. Ширина импульса связана с уровнем разрушающей энергии, содержащейся в переходном процессе, то есть чем длиннее импульс, тем больший ущерб он нанесет.На рисунках ниже показаны три наиболее часто упоминаемых формы волны молнии с инжекцией штыря из раздела 22 RTCA / DO-160E.
Тестовый уровень, определяющий величину пульса. Это связано с ожидаемым уровнем воздействия на электронную систему, т. Е. Если система спрятана в безопасной среде, например внутри металлического корпуса с хорошо экранированной соединительной проводкой уровень проверки будет низким. Однако, если система подвергается сильному воздействию электромагнитной среды, уровень тестирования будет высоким.Уровень тестирования описывается с точки зрения напряжения холостого хода (Voc) и тока короткого замыкания (Isc).

В приведенной ниже таблице для сигналов 3, 4 и 5A мы показываем рекомендованное напряжение ограничения диода (Vc) и номинальную мощность (Ppp) на каждом уровне тестирования для этих сигналов.

Выбор напряжения ограничения диода (Vc) для угроз формы сигнала молнии

RTCA / DO-160	УРОВЕНЬ 1 100V / 4A	УРОВЕНЬ 2 250 В / 10 А	УРОВЕНЬ 3 600 В / 24 А	УРОВЕНЬ 4 1600 В / 60 А	УРОВЕНЬ 5A 3200V / 128A	Рекомендуемый TVS (Ppp) при 10/1000 мкс
Форма волны 3 Синусоидальная волна с затуханием 1 МГц (Ref.Рис. 22-4 из DO-160E)	В ≤ 97 В	В ≤ 243 В	В ≤ 275 В	В ≤ 87 В	В ≤ 32,2 В	500 Вт
	В ≤ 97 В	В ≤ 243 В	В ≤ 275 В	В ≤ 87 В	Vc ≤ 35,8 В	600 Вт
	Все	Все	Все	В ≤ 243 В	Vc ≤ 96.8 В	1500 Вт
	Все	Все	Все	В ≤ 275 В	В ≤ 209 В	3000 Вт
	Все	Все	Все	Все	В ≤ 275 В	5000 Вт

RTCA / DO-160	УРОВЕНЬ 1 50 В / 10 А	УРОВЕНЬ 2 125V / 25A	УРОВЕНЬ 3 300 В / 60 А	УРОВЕНЬ 4 750 В / 150 А	УРОВЕНЬ 5A 1600V / 320A	Рекомендуемый TVS (Ppp) при 10/1000 мкс
Форма сигнала 4 Двойная экспонента 6.4 X 69 мкс (См. Рис. 22-5 из DO-160E)	Все	Все	В ≤ 31,9 В	Vc ≤ 11,3 В	НЕТ	500 Вт
	Все	Все	Vc ≤ 38,2 В	В ≤ 13,6 В	НЕТ	600 Вт
	Все	Все	Все	Vc ≤ 35.0 В	Vc ≤ 16,0 В	1500 Вт
	Все	Все	Все	Vc ≤ 74,0 В	Vc ≤ 29,2 В	3000 Вт
	Все	Все	Все	В ≤ 134 В	Vc ≤ 35,5 В	5000 Вт
	Все	Все	Все	Все	В ≤ 114 В	15000 Вт
	Все	Все	Все	Все	В ≤ 146 В	30,000 Вт
	Все	Все	Все	Все	Все	200000 Вт при 10/40 мкс

RTCA / DO-160	УРОВЕНЬ 1 50 В / 50 А	УРОВЕНЬ 2 125V / 125A	УРОВЕНЬ 3 300 В / 300 А	УРОВЕНЬ 4 750V / 750A	УРОВЕНЬ 5A 1600V / 1600A	Рекомендуемый TVS (Ppp) при 10/1000 мкс
Форма волны 5A Двойная экспонента 40 X 120 мкс (См.Рис.22-6 из DO-160E)	Все	В постоянного тока ≤ 10 В постоянного тока ≥ 114,9 В	НЕТ	НЕТ	НЕТ	500 Вт
	Все	В постоянного тока ≤ 12,4 В постоянного тока ≥ 112,6 В	НЕТ	НЕТ	НЕТ	600 Вт
	Все	В постоянного тока ≤ 42,2 В постоянного тока ≥ 82,8 В	Vc ≤ 12.1 В	Нет	НЕТ	1500 Вт
	Все	Все	Vc ≤ 25,5 В	Vc ≤ 9,4 В	НЕТ	3000 Вт
	Все	Все	Vc ≤ 45,8 В	В ≤ 15,9 В	НЕТ	5000 Вт
	Все	Все	Все	Vc ≤ 49.9 В	НЕТ	15000 Вт
	Все	Все	Все	Vc ≤ 77,4 В	НЕТ	30,000 Вт
	Все	Все	Все	В ≤ 231 В	НЕТ	200000 Вт при 10/40 мкс

TVS диоды | Диоды поверхностного монтажа

Littelfuse предлагает широкий ассортимент TVS-диодов, включая варианты с высоким пиковым импульсным током и пиковой импульсной мощностью до 10 кА и 30 кВт соответственно.Littelfuse поддерживает нашу продукцию благодаря более чем 80-летнему опыту в области защиты цепей и прикладным знаниям, полученным в результате работы с нашими ведущими в отрасли заказчиками. Вы можете узнать больше о нашем ассортименте диодов для телевизоров, просмотрев наше руководство по выбору диодов для телевизоров.

Диод-ограничитель переходного напряжения (также известный как TVS-диод) — это защитный диод, предназначенный для защиты электронных схем от переходных процессов и угроз перенапряжения, таких как EFT (электрически быстрые переходные процессы) и ESD (электростатический разряд).TVS-диоды — это кремниевые лавинные устройства, которые обычно выбирают из-за их быстрого времени отклика (низкое напряжение ограничения), более низкой емкости и низкого тока утечки. TVS-диоды Littelfuse доступны как в однонаправленных (однополярных), так и в двунаправленных (биполярных) схемах диодных схем.

При выборе диодов TVS необходимо учитывать некоторые важные параметры, а именно: Обратное напряжение зазора (VR), пиковый импульсный ток (IPP) и максимальное напряжение ограничения (VC max). Просмотрите руководство по выбору TVS-диодов, чтобы узнать больше о том, как выбирать эти устройства и полный TVS-диод Littelfuse, предлагающий

Что такое диоды TVS?

TVS-диоды — это электронные компоненты, предназначенные для защиты чувствительной электроники от высоковольтных переходных процессов.Они могут реагировать на события перенапряжения быстрее, чем большинство других типов устройств защиты цепей, и предлагаются в различных форматах для поверхностного и сквозного монтажа печатных плат.

Они работают путем ограничения напряжения до определенного уровня (называемого «зажимным устройством») с помощью p-n-переходов, которые имеют большую площадь поперечного сечения, чем у обычного диода, что позволяет им проводить большие токи на землю без повреждений.

TVS-диоды обычно используются для защиты от электрического перенапряжения, например, вызванного ударами молнии, переключением индуктивной нагрузки и электростатическим разрядом (ESD), связанным с передачей по линиям передачи данных и электронным схемам.

Littelfuse TVS-диоды подходят для широкого диапазона приложений защиты цепей, но в первую очередь были разработаны для защиты интерфейсов ввода-вывода в телекоммуникационном и промышленном оборудовании, компьютерах и бытовой электронике.

Характеристики диода

Littelfuse TVS включают:

Низкое сопротивление инкрементным скачкам напряжения
Доступны однонаправленные и двунаправленные полярности
Диапазон обратных напряжений зазора от 5 до 512 В
Соответствует RoHS – олово с матовым покрытием, бессвинцовое покрытие
Номинальная мощность для поверхностного монтажа от 400 Вт до 5000 Вт
Номинальная мощность осевых выводов от 400 Вт до 30 000 Вт (30 кВт)
Сильноточная защита доступна для 6кА и 10кА

Чтобы получить представление о других технологиях подавления переходных процессов и их сравнении, см. Примечание по применению Littelfuse AN9768.

Littelfuse TVS Diode Таблица выбора продукции

TVS-диоды используются для защиты полупроводниковых компонентов от высоковольтных переходных процессов. Их p-n-переходы имеют большую площадь поперечного сечения, чем у обычных диодов, что позволяет им проводить большие токи на землю без повреждений. Littelfuse поставляет TVS-диоды с пиковой мощностью от 400 Вт до 30 кВт и обратным противостоящим напряжением от 5 В до 495 В.

Вы можете получить дополнительные инструкции по выбору TVS-диодов, посетив страницу определения и выбора TVS-диодов, нажав здесь

Название серии и ссылка на страницу	Тип корпуса	Напряжение обратного зазора (В _R)	Диапазон пиковой импульсной мощности ² (P _PP)	Пиковый импульсный ток (I _PP 8×20 мкс)	Рабочая температура
Поверхностный монтаж — стандартные приложения (400-5000 Вт):
SMAJ	ДО-214AC	5.0-440	400 Вт	Не применимо	от -85 ° до + 302 ° F (от -65 ° до + 150 ° C)
P4SMA	ДО-214AC	5,8-495	400 Вт
SACB	DO-214AA	5,0-50	500 Вт
SMBJ	DO-214AA	5.0-440	600 Вт
П6СМБ	DO-214AA	5,8-495	600 Вт
1КСМБ	DO-214AA	5,8-136	1000 Вт
SMCJ	ДО-214АБ	5,0-440	1500 Вт
1.5SMC	ДО-214АБ	5,8-495	1500 Вт
SMDJ	ДО-214АБ	5,0–170	3000 Вт
5.0SMDJ	ДО-214АБ	12-170 (однонаправленный) 12-45 (двунаправленный)	5000 Вт
с осевыми выводами — стандартные приложения (400-5000 Вт):
P4KE	ДО-41	5.8-495	400 Вт	Не применимо	от -85 до + 302 ° F (от -55 до + 175 ° C)
SA	ДО-15	5,0–180	500 Вт
SAC	ДО-15	5,0-50	500 Вт
P6KE	ДО-15	5.8-512	600 Вт
1.5КЕ	ДО-201	5,8-495	1500 Вт
LCE	ДО-201	6.5-90	1500 Вт
3КП	P600	5,0-220	3000 Вт
5КП	P600	5.0-250	5000 Вт
с осевыми выводами — высокая мощность:
15 кПа	P600	17-280	15000 Вт	Не применимо	От -85 ° до + 302 ° F (от -55 ° до + 175 ° C)
20 кПа	P600	20.0-300	20000 Вт
30 кПа	P600	28,0-288	30000 Вт
AK6	Радиальный вывод	58-430	NA	6000A	От -67 до + 347 ° F (от -55 до + 150 ° C)
AK10	Радиальный вывод	58-430	NA	10000A	От -67 до + 347 ° F (от -55 до + 150 ° C)
Автомобильные приложения:
SLD	P600	10-24	2200 на основе импульса 1 мкс / 150 мс	NA	от -85 ° до + 302 ° F (от -65 ° до + 175 ° C)

Подробную информацию о большинстве перечисленных здесь серий продуктов можно найти, щелкнув название серии в крайнем левом столбце.
Максимальное напряжение зажима (В _C) см. В таблице электрических характеристик в листе технических данных каждой серии
Вы можете получить дополнительные инструкции по выбору TVS-диодов, прочитав Руководство по выбору электронных продуктов Littelfuse.
Все продукты не содержат галогенов
Вся продукция соответствует требованиям RoHS

Временные угрозы — что такое переходные процессы?

Переходные процессы напряжения определяются как кратковременные всплески электрической энергии и являются результатом внезапного высвобождения энергии, ранее накопленной или вызванной другими способами, такими как большие индуктивные нагрузки или молния.В электрических или электронных схемах эта энергия может выделяться предсказуемым образом посредством контролируемых переключающих действий или произвольно индуцироваться в цепи от внешних источников.

Повторяющиеся переходные процессы часто вызываются работой двигателей, генераторов или переключением компонентов реактивной цепи. С другой стороны, случайные переходные процессы часто вызываются молнией и электростатическим разрядом (ESD). Молнии и электростатические разряды обычно возникают непредсказуемо и могут потребовать тщательного мониторинга для точного измерения, особенно если они индуцируются на уровне печатной платы.Многочисленные группы по разработке стандартов на электронику проанализировали возникновение переходных напряжений с использованием общепринятых методов мониторинга или тестирования. Ключевые характеристики нескольких переходных процессов показаны в таблице ниже.

	НАПРЯЖЕНИЕ	ТОК	ВРЕМЯ НАРАЩИВАНИЯ	ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ
Освещение	25 кВ	20кА	10 мкс	1 мс
Переключение	600 В	500A	50 мкс	500 мс
ЭМИ	1кВ	10A	20 нс	1 мс
ESD	15 кВ	30A	<1 нс	100 нс

Таблица 1.Примеры переходных источников и магнитуды

Характеристики переходных всплесков напряжения

Переходные пики напряжения обычно представляют собой волну «двойной экспоненты», как показано ниже для молний и электростатических разрядов.

Рис. 1. Форма волны переходного процесса при молнии

Рис. 2. Форма сигнала ESD-теста

Время экспоненциального нарастания молнии находится в диапазоне от 1,2 мкс до 10 мкс (по существу, от 10% до 90%), а продолжительность находится в диапазоне от 50 до 1000 мкс (50% от пикового значения).С другой стороны, ESD — это событие гораздо меньшей продолжительности. Время нарастания составляет менее 1.0 нс. Общая продолжительность составляет примерно 100 нс.

Почему переходные процессы вызывают все большее беспокойство?

Миниатюризация компонентов привела к повышенной чувствительности к электрическим нагрузкам. Например, микропроцессоры имеют конструкции и токопроводящие дорожки, которые не могут выдерживать высокие токи от переходных процессов электростатического разряда. Такие компоненты работают при очень низких напряжениях, поэтому нарушения напряжения необходимо контролировать, чтобы предотвратить прерывание работы устройства и скрытые или катастрофические отказы.

Чувствительные микропроцессоры сегодня преобладают в широком спектре устройств. Все, от бытовой техники, такой как посудомоечные машины, до промышленных устройств управления и даже игрушек, использует микропроцессоры для повышения функциональности и эффективности.

В большинстве автомобилей теперь также используется несколько электронных систем для управления двигателем, климатом, торможением и, в некоторых случаях, системами рулевого управления, тяги и безопасности.

Многие вспомогательные или вспомогательные компоненты (например, электродвигатели или аксессуары) в приборах и автомобилях представляют временные угрозы для всей системы.

Тщательная разработка схемы должна учитывать не только сценарии окружающей среды, но и потенциальные эффекты этих связанных компонентов. В таблице 2 ниже показаны уязвимости различных компонентных технологий.

Тип устройства	Уязвимость (вольт)
VMOS	30-1800
МОП-транзистор	100-200
GaAsFET	100-300
СППЗУ	100
JFET	140-7000
КМОП	250-3000
Диоды Шоттки	300-2500
Биполярные транзисторы	380-7000
SCR	680-1000

Таблица 2: Диапазон уязвимости устройства.

Сравнение с другими диодными технологиями:

Диодные массивы

Класс диодов	Приложение	Замечания
Обычный диод, выпрямитель	Регулятор мощности	Используется для «рулевого» больших токов; преобразование переменного тока в постоянный. Обычно встречается в больших упаковках, таких как ТО-220.
Стабилитрон	Регулятор мощности	Используется для регулирования постоянного напряжения в источниках питания.Обычно встречается в средних и больших упаковках (Axial, TO-220).
Кремниевый авалансный диод (SAD), ограничитель переходных напряжений (TVS)	Защита от перенапряжения	Используется для защиты цепей, подверженных воздействию высоких энергий, таких как удары молнии или переходные процессы напряжения, от механического переключения электрических цепей (EFT). Обычно встречается в корпусах среднего размера (Axial, DO-214).
Диодная матрица	Защита от перенапряжения	относятся к более широкой категории кремниевых защитных массивов (SPA), предназначенных для защиты от электростатического разряда.Обычно встречается в небольших корпусах для поверхностного монтажа (SOIC-8, SOT-23, SC-70 и т. Д.).
Диод Шоттки	Регулятор мощности	Используется для высокочастотного выпрямления, необходимого для импульсных источников питания.
Варакторный диод	RF тюнинг	Единственное известное применение диодов, в котором используется характеристика емкости перехода.

Сравнение по рабочим характеристикам:

Класс диодов	Напряжение обратного пробоя (В _BR, В _Z)	Емкость (C _Дж)	Замечания
Обычный диод, выпрямитель	800-1500В	Очень высокий	Преобразование переменного тока в постоянный
Стабилитрон	до 100 В	от среднего до высокого	Регулятор мощности постоянного тока
Кремниевый диод Avalance (SAD),	до 600 В	Средний	Защита от грозовых перенапряжений и переходных процессов напряжения
Диодная матрица	до 50 В	Низкий (<50 пФ)	Защита от электростатических разрядов высокочастотных цепей передачи данных

Сравнение по конструкции устройства:

Диод Шоттки образован переходом металл-полупроводник.В электрическом отношении он проводит по основной несущей и обладает быстрым откликом с меньшими токами утечки и напряжением прямого смещения (VF). Диоды Шоттки широко используются в высокочастотных цепях.

Стабилитроны образованы сильно легированным полупроводниковым переходом P-N. Есть два физических эффекта, которые можно назвать состоянием Зенера (эффект Зенера и эффект Лавины). Эффект Зенера возникает, когда к переходу P-N приложено низкое обратное напряжение, проводящее из-за квантового эффекта.Эффект лавины возникает, когда напряжение больше 5,5 В, прикладываемое в обратном направлении к PN-переходу, во время которого образованная электронно-дырочная пара сталкивается с решеткой. Стабилитроны на основе эффекта Зенера широко используются в качестве источников опорного напряжения в электронных схемах.

TVS-диод образован специально разработанным полупроводниковым переходом P-N для защиты от перенапряжения. PN-переход обычно имеет покрытие для предотвращения преждевременного искрения напряжения в непроводящем состоянии.Когда происходит переходное напряжение, TVS-диоды проводят, чтобы ограничить переходное напряжение, используя эффект лавины. TVS-диоды широко используются в качестве устройства защиты от перенапряжения в телекоммуникациях, общей электронике и цифровых потребительских товарах для защиты от молний, электростатических разрядов и других переходных процессов напряжения.

SPA — это Silicon Protection Arrays . Это массив интегрированных PN-переходов, тиристоров или других кремниевых защитных структур, собранных в многополюсную структуру.SPA можно использовать в качестве интегрированного решения для защиты от электростатического разряда, молнии и EFT для телекоммуникаций, общей электроники и цифровых потребительских рынков, где существует множество возможностей защиты. Например, его можно использовать для защиты от электростатических разрядов HDMI, USB и Ethernet.

Глоссарий по TVS-диодам

Зажимное устройство
TVS — это зажимное устройство, которое ограничивает скачки напряжения из-за лавинного пробоя с низким импедансом надежного кремниевого PN перехода.Он используется для защиты чувствительных компонентов от электрического перенапряжения, вызванного наведенной молнией, переключением индуктивной нагрузки и электростатическим разрядом.

Диапазон рабочих температур
Минимальная и максимальная рабочая температура окружающей среды контура, в котором будет применяться устройство. Рабочая температура не учитывает влияние соседних компонентов, это параметр, который должен учитывать проектировщик.

Емкость
Свойство элемента схемы, позволяющее накапливать электрический заряд.В защите цепи емкость в закрытом состоянии обычно измеряется на частоте 1 МГц при подаче напряжения смещения 2 В.

Напряжение обратного зазора (В _R)
В случае однонаправленного TVS-диода это максимальное пиковое напряжение, которое может быть приложено в «блокирующем направлении» без значительного протекания тока. В случае двунаправленного переходного процесса он применяется в любом направлении. Это то же определение, что и максимальное напряжение в выключенном состоянии и максимальное рабочее напряжение.

Напряжение пробоя (В _BR)
Напряжение пробоя, измеренное при заданном испытательном постоянном токе, обычно 1 мА. Обычно указывается минимум и максимум.

Пиковый импульсный ток (I _PP)
Максимальный импульсный ток, который можно применять повторно. Обычно это двойной экспоненциальный сигнал 10×1000 мкс, но также может быть 8×20 мкс, если указано.

Максимальное напряжение зажима (В _C или В _CI)
Максимальное напряжение, которое может быть измерено на устройстве защиты при воздействии на него максимального пикового импульсного тока.

Пиковая импульсная мощность (P _PP)
Выражаясь в ваттах или киловаттах, для экспоненциального переходного процесса 1 мс (см. Рисунок 1, стр. 23) это I _PP, умноженное на V _CL.