功率二极管基础及其功耗计算
发布时间:2015-6-10 10:40
发布者:designapp
功率二极管是电力电子线路最基本的组成单元,他的单向导电性可用于电路的整流、箝位、续流。 正向偏置(Forward Bias):二极管的阳极侧施加正电压,阴极侧施加负电压,这样就称为正向偏置,所加电压为正向偏置。 反向偏置(Reverse Bias):在阳极侧施加相对阴极负的电压,就是反向偏置,所加电压为反向偏置。 下面这篇博客依次介绍了功率二极管的基础,二极管的发热和温度计算,功率二极管功耗的全计算过程。 功率二极管基础 二极管电流公式: 注意的参数: Forward-bias(正向偏置恢复时间) 影响条件: 正向电流(电流越大反向时间越长) 反向电压(电压越小反向时间越长) 电流变化速度,速度越快减小恢复时间却会加长存储时间 结温越高同时增加恢复时间和存储时间 reverse-bias(反向偏置) 影响条件: 正向电流(电流越大正向电压越大) 电流脉冲上升时间(脉冲越陡正向电压越大) 温度影响不大 综合整个过程 计算结温过程(对于脉冲电流的计算方法) 精确计算二极管发热和温度 博主注:这些计算都是有适用条件的(大电流的功率二极管一定要算,一般的二极管就不用算了),所以还没有深入浅出的搞清楚计算的界限。 拟合用的是Mathcad。 计算二级管的散热情况 在设计功率电源的时候,二级管一般损耗比较大,而且为了能够更加精确的去分析,我们来看一下一般的计算过程。 Losses due to forward voltagedrop(正向功耗) P.f=V.f*I.o V.f:正向导通电压 I.o:输出电流 Losses due to diode leakage current(反向功耗) P.r=V.r*I.r V.r:反向电压 I.r:反向电流 我们假设电路为: 然后把参数罗列出来计算 然后可以计算出来: 我们可以得到什么结论呢:二级管烧掉了。这种逻辑在于,结温直接从85度环境温度上升到半导体的极限150摄氏度。 这里我们假设二级管直接按照最大的热阻和最大功耗,这是有问题和值得思量的,现在我们换种思路: 我们可以发现,二级管其实并不会坏。问题就集中在于二级管的模型没有建立好。 建立模型很重要,如果按照单个最大值来分析,我们面临的问题是把它的范围放得很大,对于比较临界的问题来说,基本把可以用的元器件排斥在外了。 因此我们需要仔细建立模型,正向电压的过程如下: 蓝色为从图中抓取的数据,红色为我们知道的PN结模型,下面一个红色的为曲线拟合过程: 结果如下: 反向电流也是同样地: 这些做完以后我们可以很精确的知道,温度,电压这些对于管子的实际影响了。 功率二极管的功耗计算 前面关于功率二极管,基础,热阻,正向压降都已经涉及到了。在这里需要补充全计算过程: 正向压降功耗: 算法1: P.f=V.f*I.o V.f:正向导通电压 I.o:输出电流 算法2: Vf=Vo+If*Rs Pf=Vo*If+Rs*If^2 反向电流功耗: 这个值不太好估计,因为Vr也在变化,因此我建议以实测为主: 实测: 然后可测得电压下降波形进行计算。 漏电流功耗: P.r=V.r*I.r V.r:反向电压 I.r:反向电流 作者:yulzhu |
网友评论