Главная Источники вторичного электропитания - часть 2



Параметры прямой ветви ВАХ по току: /„р - постоянный прямой ток диода; /пр.ср - среднее за период значение прямого тока, пр.д - действующий прямой ток выпрямительного диода; /пр.и.п. - повторяющийся импульсный прямой ток - наибольшее мгновенное значение прямого тока выпрямительного диода, включая повторяющиеся переходные токи; /вп.ср - средний выпрямленный ток диода за период, учитывающий прямой и обратный токи выпрямительного диода.

Наклон касательной АБ иа рис. 2.1 определяет динамическое

ППТМП пои пилпа п мпли**-.»» тт о л г» q п патл мы

сопротивление диода в прямом направлении

г дин

- (fnp - fnop) пр •

(2.1)

прямая ветвь ВАХ выпрямительного диода характеризуется также дифференциальным сопротивлением

= Д(/пр/Д/„р,

(2.2)

представляющим собой отношение малого приращения напряжения диода (ДУдр) к малому приращению прямого тока (Д/пр) в нем при заданном режиме по току в прямом направлении.

Обратная ветвь ВАХ выпрямительного диода характеризуется следующими параметрами: Уобр - обратным напряжением - значением постоянного напряжения, приложенного к диоду в обратном направлении; Уобр-и - рабочим импульсным обратным напряжением - наибольшим мгновенным значением обратного напряжения диода без учета повторяющихся и неповторяющихся переходных напряжений; Уобр. и max-максимальным импульсным обратным напряжением - наибольшим мгновенным значением обратного напряжения диода, включая повторяющиеся переходные напряжения; проб ~ пробивным напряжением диода - значением обратного напряжения, вызывающего пробой перехода диода, при котором обратный ток достигает заданного значения; /обр - постоянным обратным током диода; /обр.и - импульсным обратным током диода- значением обратного тока диода, обусловленным повторяющимся импульсный обратным напряжением; /обр.ср - средним обратным током - средним за период значением обратного тока выпрямительного диода.


Рис. 2.1. Типовая вольт-амперная характеристика выпрямительного

диода



hp к

Inpl

/о5ри

Рис. 2.2. Токи через выпрямительный диод в прямом и обратном направлениях

В ИВЭ с высокочастотным преобразованием энергии используются импульсные или высокочастотные силовые диоды, которые кроме статических параметров, определяемых по ВАХ, характеризуются параметрами, определяющими их инерционные свойства при переключении диода с прямого тока на обратное напряжение (рис. 2.2). В момент времени fx, когда происходит смена полярности входного напряжения из-за инерционности носителей заряда, диод еще некоторое время остается открытым и через него в обратном направлении протекает обратный ток /обр.и. значение которого зависит от характера нагрузки выпрямителя и длительности фронта входного переменного напряжения. Интервал времени - 2 называется временем рассасывания неосновных носителей заряда в базе днода, а ti- ts - временем обратного восстановления диода.

Время обратного восстановления диода вос. обр является основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерционные свойства. Оно определяется как время переключения диода с заданного прямого тока (/npi) на заданное обратное напряжение от момента прохождения тока через нулевое значение до момента достижения обратным током заданного значения (/ogpi).

Для ориентировочных расчетов можно принять

вос.обр ~ Тэфф 1п (1 -f/пр/обр.и). (2.3)

где ТэФф - эффективное время Ькизни неравновесныхносителей заряда диода, которое характеризует скорость убывания концентрации неравновесных носителей заряда диода вследствие рекомбинации как в объеме Тоб, так и на поверхности полупроводника Тдов и определяется из соотношения

1/Тэфф = 1/Тоб+1/Тпов- (2.4)

Мощность, рассеиваемая диодом в схеме выпрямителя, состоит из мощности потерь в прямом направлении Япр.ср, мощности потерь в обратном направлении Робр.ср и мгновенной мощности Рвос.обр. рассеиваемой при обратном восстановлении диода:

Рд = Рпр.ср-Ь/обр.ср + Рвос.обр- (2.5)

Потери мощности в диоде в прямом направлении в соответствии с аппроксимацией на рис. 2.1 :

iip.cp = 0,5/i,p.cp Упр.ср (Ч-пор/Упр.ср)- (2.6)

При приближенных расчетах с погрешностью не более 10-20% в сторону завышения статические потери в диоде в прямом направлении могут вычисляться по формуле

пр.ср ~/пр.ср (/пр.ср. (2.7)

Потери мощности в диоде в обратном направлении ориентировочно определяются по формуле

(2.8)

Робр.ср ~ /обр (/обр-



Потери в диоде на этапе восстановления обратного сопротивления определяются по формуле

Рвос. обр ~0,5/пр,ср f>np.cp Тэфф / (2.9)

Для ряда силовых диодов в справочных данных указывается максимальная частота выпрямленного переменного напряжения, выше которой диоды использовать не рекомендуется без снижения прямого тока вследствие увеличения потерь мощности.

Мощность потерь Рд, определяемая по формуле (2.5), является максимальной постоянной нли средней за период мощностью, рассеиваемой диодом, при которой он может длительно работать, не изменяя своих параметров замечет повышения температуры его перехода Г„. Для кремниевых диодов = 150-200 °С. Связь между предельно допустимой температурой перехода Тп тах> "Ри превышении которой диод теряет свои выпрямительные свойства, температурой корпуса и выделяемой мощностью для выпрямительных диодов, устанавливаемых на радиатор, определяется по формуле

Pa=(r„ma.v-r,) ?n.„. (2.10)

Для маломощных диодов, работающих без радиатора

Ря(Гп,„ах-7с) ?„.с (2.11)

Температура окружающей среды Тс обычно известна, а легко измерить. Тепловые сопротивления приводятся в справочной литера-туре, например [4,7.

Разновидности диодов и диодных сборок. В выпрямителях современных ИВЭ используются, в основном, кремниевые полупроводниковые диоды. По назначению нх можно разделить на три группы: малой, средней и большой мощности.

Выпрямительные диоды малой мощности выпускаются промыш-, ленностью на прямые токи от десятка миллиампер до 300 мА. Обратное напряжение этих диодов лежит в диапазоне от десятков вольт до 1200 В, а обратные токн - от десятка микроампер до 300 мкА. Обычно маломощные диоды применяются в выпрямителях без дополнительных теплоотводов. Типовыми представителями этого класса являются дноды 2Д106А, для которых /цр ср = 0,3 А, t/обр = 00 В, 2Д237Б с /пр.ср = 0,3 А, (/„бр = 400 В н др.

Выпрямительные диоды средней мощности выпускаются промышленностью на токи от 0,3 до 10 А. Большой прямой ток в этих диодах достигается увеличением размеров кристалла. Обратное напряжение этих диодов лежит в диапазоне от десятков вольт до 800 В , а обратные токи-доЗООмкА. Теплота, выделяемая в диодах средней мощности от протекания прямого и обратного токов, уже не может быть рассеяна корпусом диода, поэтому они устанавливаются на теплоотводящие радиаторы.

Мощные выпрямительные диоды выпускаются промышленностью иа токи 10 , 25, 40 и т. д. до lOOO А и обратные напряжения до 3500 В. Конструкция корпуса таких диодов рассчитана на установке их на радиатор. В выпрямителях с мощными диодами может применяться воздушное или жидкостное охлаждение.

При выборе силовых диодов для выпрямителей необходимо учитывать также инерционные свойства диодов, особенно это относится к ИВЭ с преобразователями, работающими на высокой частоте (50-100 кГц и выше). В настоящее время промышленность выпускает ряд высокочастотных диодов н диодных сборок, параметры ие-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [11] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189


0.0143