【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(jí)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:

注意的參數(shù):

Forward-bias(正向偏置恢復(fù)時(shí)間)

影響條件:
正向電流(電流越大反向時(shí)間越長(zhǎng))
反向電壓(電壓越小反向時(shí)間越長(zhǎng))
電流變化速度,速度越快減小恢復(fù)時(shí)間卻會(huì)加長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間
結(jié)溫越高同時(shí)增加恢復(fù)時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間
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reverse-bias(反向偏置)

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(duì)于脈沖電流的計(jì)算方法)


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(jí)管的散熱情況
在設(shè)計(jì)功率電源的時(shí)候,二級(jí)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>
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然后可以計(jì)算出來:

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反向電流也是同樣地:

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正向壓降功耗:
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:

然后把參數(shù)羅列出來計(jì)算

然后可以計(jì)算出來:

我們可以得到什么結(jié)論呢:二級(jí)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。

這里我們假設(shè)二級(jí)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:

我們可以發(fā)現(xiàn),二級(jí)管其實(shí)并不會(huì)壞。問題就集中在于二級(jí)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(duì)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。

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:


結(jié)果如下:

反向電流也是同樣地:

這些做完以后我們可以很精確的知道,溫度,電壓這些對(duì)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:


正向壓降功耗:
算法1:
P.f=V.f*I.o
V.f:正向?qū)妷?/div>
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實(shí)測(cè):

I.o:輸出電流

算法2:
Vf=Vo+If*Rs
Pf=Vo*If+Rs*If^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(cè)為主:

實(shí)測(cè):

然后可測(cè)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

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