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菜鳥工程師手則：功率二極管學(xué)習(xí)要點(diǎn)分享

發(fā)布時(shí)間：2015-04-10 責(zé)任編輯：sherry

【導(dǎo)讀】作為工程師要了解功率二極管這個(gè)電子元器件的所有方面是很必須的，特別是作為菜鳥級別的工程師。本文就將依次介紹了功率二極管的基礎(chǔ)，二極管的發(fā)熱和溫度計(jì)算，功率二極管功耗的全計(jì)算過程。
 
功率二極管基礎(chǔ)
 
二極管電流公式：
二極管電流公式
注意的參數(shù)：
參數(shù)
Forward-bias（正向偏置恢復(fù)時(shí)間）
Forward-bias
影響條件:
 
正向電流（電流越大反向時(shí)間越長）
 
反向電壓（電壓越小反向時(shí)間越長）
 
電流變化速度，速度越快減小恢復(fù)時(shí)間卻會加長存儲時(shí)間
 
結(jié)溫越高同時(shí)增加恢復(fù)時(shí)間和存儲時(shí)間
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reverse-bias（反向偏置）
reverse-bias（
影響條件:
 
正向電流（電流越大正向電壓越大）
 
電流脈沖上升時(shí)間（脈沖越陡正向電壓越大）
 
溫度影響不大
 
綜合整個(gè)過程
計(jì)算結(jié)溫過程（對于脈沖電流的計(jì)算方法）
計(jì)算結(jié)溫過程
計(jì)算結(jié)溫過程
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精確計(jì)算二極管發(fā)熱和溫度
 
博主注：這些計(jì)算都是有適用條件的（大電流的功率二極管一定要算，一般的二極管就不用算了），所以還沒有深入淺出的搞清楚計(jì)算的界限。
 
擬合用的是Mathcad。
 
計(jì)算二級管的散熱情況
 
在設(shè)計(jì)功率電源的時(shí)候，二級管一般損耗比較大，而且為了能夠更加精確的去分析，我們來看一下一般的計(jì)算過程。
 
Losses due to forward voltagedrop（正向功耗）
 
P.f=V.f*I.o
 
V.f：正向?qū)妷?/div>
 
I.o：輸出電流
 
Losses due to diode leakage current(反向功耗)
 
P.r=V.r*I.r
 
V.r：反向電壓
 
I.r：反向電流
 
我們假設(shè)電路為：
電路
然后把參數(shù)羅列出來計(jì)算
電路
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然后可以計(jì)算出來：
電路
我們可以得到什么結(jié)論呢：二級管燒掉了。這種邏輯在于，結(jié)溫直接從85度環(huán)境溫度上升到半導(dǎo)體的極限150攝氏度。
電路
這里我們假設(shè)二級管直接按照最大的熱阻和最大功耗，這是有問題和值得思量的，現(xiàn)在我們換種思路：
電路
我們可以發(fā)現(xiàn)，二級管其實(shí)并不會壞。問題就集中在于二級管的模型沒有建立好。
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建立模型很重要，如果按照單個(gè)最大值來分析，我們面臨的問題是把它的范圍放得很大，對于比較臨界的問題來說，基本把可以用的元器件排斥在外了。
電路
因此我們需要仔細(xì)建立模型，正向電壓的過程如下：
 
藍(lán)色為從圖中抓取的數(shù)據(jù)，紅色為我們知道的PN結(jié)模型，下面一個(gè)紅色的為曲線擬合過程：
曲線擬合過程
曲線擬合過程
結(jié)果如下：
　曲線擬合過程
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反向電流也是同樣地：
曲線擬合過程
這些做完以后我們可以很精確的知道，溫度，電壓這些對于管子的實(shí)際影響了。
 
功率二極管的功耗計(jì)算
 
前面關(guān)于功率二極管，基礎(chǔ)，熱阻，正向壓降都已經(jīng)涉及到了。在這里需要補(bǔ)充全計(jì)算過程：
功率二極管的功耗計(jì)算
功率二極管的功耗計(jì)算
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正向壓降功耗：
 
算法1：
 
P.f=V.f*I.o
 
V.f：正向?qū)妷?/div>
 
I.o：輸出電流
算法1：
算法2：
 
Vf=Vo+If*Rs
 
Pf=Vo*If+Rs*If^2
算法2：
反向電流功耗：
 
這個(gè)值不太好估計(jì)，因?yàn)閂r也在變化，因此我建議以實(shí)測為主：
反向電流功耗
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實(shí)測：
反向電流功耗
然后可測得電壓下降波形進(jìn)行計(jì)算。
 
漏電流功耗：
 
P.r=V.r*I.r V.r：反向電壓 I.r：反向電流
漏電流功耗：
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