功率二极管反向耐压介绍及选型注意事项

反向耐压—应该选择耐压多少伏的器件?二极管反向耐压随温度降低而下降
二极管反向耐压、晶体管的关断电压随温度降低而下降。
二极管反向特性的温度依存性
二极管反向特性的温度依存性
请注意确认此电压是在工作温度全范围(例如:-40℃到150℃)中规定(保证)的电压,还是只限25℃的电压。后者的情况渐为多见。如果只规定了25℃的电压,需要考虑低温侧到多少℃为止是
使用范围。温度系数以每1℃变化+0.1%为基准。也就是说,如果25℃时耐压为200V,-40℃时耐压下降6.5%,变为(200-13),即187V。晶体管的开关速度有时会随温度降低而加快。浪涌电压也会随之增高。以上是对低温工作试验的意义(耐压的下降)和检查要点(观测过渡电压)的简要介绍。
整流电路和二极管反向耐压
在这里介绍商用频率(50 / 60Hz)整流电路中的二极管的反向耐压。
此处图示了四个代表性的整流电路,并且记载了相对于输入电压需要多少倍二极管反向电压。在此基础上追加电压变动成分、浪涌电压成分以及富余成分后将成为实际的二极管反向耐压。例如,如果桥路整流电路的输入为AC200V,其√2倍为282V,假设电压变动成分为×1.2,到此为止的反向耐压为382V,具体想要留出多少富余成分由用户自定。这种情况下,通常使用600V或800V的二极管,因此富余成分相当于1.5~2倍。在这四种电路中,传统上通常在AC100V时选择使用400V二极管,AC200V时选择使用800V二极管。然而请留意,如果在电源线和整流电路之间毫无变压器或过滤器一类器件的话,此类选择有耐压不足的危险。这是因为无法预测会有多大程度的浪涌电压施加到电路上。在现实应用中,不可能存在没有过滤器和变压器的实用电路,因此可以说如上讨论可能没有实际意义。不过,某种情况下,难以断言上述前提条件不会被破坏,因此务须留心二极管上施加的反向电压。
二极管上施加的反向电压
二极管上施加的反向电压
二极管上施加的反向电压
经由虚线和经由实线的电流,各自以半周期为单位同时流动
二极管上施加的反向电压
<a href=http://www.dz3w.com/articlescn/power/75769.html target=_blank class=infotextkey>ATX</a>电源的整流电路
ATX电源的整流电路
交流线输入部分的过滤器同时具有衰减外部侵入的杂波和电源内部所产生的向外部流出的杂波的功效。在开关电源中后者占的比重较大。无疑这种严格的过滤器对外来浪涌电压也十分有效。
可以说如上讨论可能没有实际意义。不过,某种
情况下,难以断言上述前提条件不会被破坏,因
此务须留心二极管上施加的反向电压。
二极管反向耐压
除整流电路以外,应该注目什么因素,应该选择多大耐压的二极管?此时的要点为,在二极管工作期间对其施加的最大电压应低于二极管反复反向电压。
此图表示工作时对二极管施加的峰值反向电压和数据表中记载的反向电压之间的关系。例如,对40V的SBD施加的电压如果是38V的话能够使用,而超过40V则无法使用,需要改为使用60V的SBD。额定电压的含义为“施加超过该额定值的电压会发生损坏”的意思。不过二极管侧的耐压通常留有富余,并不是稍微超过一点就会马上损坏。
如图所示,原则上即使是0.1μs的短时间也不可超过额定值。然而,某些情况下可能会规定指定条件下的额定值,例如,如果满足规定条件,在500μs内保证某一额定值。请确认二极管各自的数据表。
关于反向电压额定值
关于反向电压额定值
对于以电源电压为基准,使用多少倍耐压的二极管才可以放心这一点,无法一概而论。在前面的整流电路中,在电源电压的基础上追加变动成分等因素后决定了所需的耐压电压。对于上述以外的电路,还需要留意关断电流时电感所产生的过渡电压。
过渡电压发生原理图
过渡电压发生原理图
电感所产生的其电压为电感和关断速度之积L×di/dt。例如,10μH和10A/μs 时为100V。此电压和电源电压之和为施加在二极管上的二极管反向电压。然而,由于杂散电容等的影响,实际上施加的电压并不是此处计算出的电压数值。如果提高开关频率,电路的电感和电容会减小。而且,稳压电路的稳压性能会提高。但是,提高开关速度会导致di/dt增大。由此会导致对二极管或晶体管施加的过渡电压上升。请在考虑这一点的基础上在实际工作时测量电压。如果要降低电压,需要降低速度,或减小杂散电感。该电感未必出现在电路图中。在此以实例进行说明。
这是一个输入15V、输出5V的DC至DC降压转换器。让我们以仿真分析理论理想电路中的二极管电流和电压。由于该电路中完全没有与过渡电压相关的L,电源电压的15V原封不动地成为二极管反向电压。那么,在现实中的电路中是怎样呢?在电路中追加一个与晶体管串联的0.1μH杂散电感,再次实施了仿真。这一次呈现出在实际电路中所见到的追加在15V上的过渡电压。请与前面的过渡电压发生原理图作比较。可以知道此处的杂散电感即是过渡电压源的L。因此为了“降低Ldi/dt的L”,应该尽量缩短或加粗电路图案。顺便说一句,电路图中的100μH并不是此处所说的“L”。
15V至5V的降压转换器
15V至5V的降压转换器
追加杂散电感
追加杂散电感
理想电路中的二极管电流和电压
理想电路中的二极管电流和电压
同上有0.1μH的杂散电感
同上有0.1μH的杂散电感
右边的电路是一个输入3.6V、输出12V的升压转换器。在这里用红圈标出了产生过渡电压的电感。包括开关电路在内,在实际测量时观测过渡电压的峰值,以此决定应该使用耐压为多高的器件。
升压转换器中引起问题的电感
升压转换器中引起问题的电感