二极管整流器基础知识和電(diàn)路类型概述

2022-03-30

二极管整流器基础知识和電(diàn)路类型概述

在電(diàn)子電(diàn)路中，它的击穿電(diàn)压高，反向漏電(diàn)流小(xiǎo)，高温性能(néng)好。一般来说，它可(kě)以由半导體(tǐ)锗或硅等材料制成。此外，高压大功率整流二极管采用(yòng)高纯单晶硅（掺杂较多(duō)时容易反向击穿）。这类器件结面积大，可(kě)以通过大電(diàn)流（可(kě)达数千安培），但工作频率不高，一般在几十KHz以下。整流二极管主要用(yòng)于各种低频半波整流電(diàn)路。

整流二极管利用(yòng)PN结的单向导電(diàn)性将交流電(diàn)转换成脉动直流電(diàn)。整流二极管漏電(diàn)流较大，多(duō)為(wèi)采用(yòng)表面贴装材料封装的二极管。整流二极管的参数包括最大整流電(diàn)流，是指整流二极管長(cháng)期工作所允许的最大電(diàn)流值。它是整流二极管的主要参数，也是选择整流二极管的主要依据。除此以外，这里介绍其他(tā)重要参数。
(1) 最大平均整流電(diàn)流IF：是指在長(cháng)期工作时允许通过二极管的最大正向平均電(diàn)流。電(diàn)流由PN结面积和散热条件决定。需要注意的是流过二极管的平均電(diàn)流不能(néng)大于这个值，并且有(yǒu)散热。
(2) 最大反向工作電(diàn)压VR：指二极管两端允许施加的最大反向電(diàn)压。如果大于这个值，反向電(diàn)流（IR）会急剧增加，破坏二极管的单向导電(diàn)性，造成反向击穿。通常取反向击穿電(diàn)压VB的一半作為(wèi)VR。
(3) 最大反向電(diàn)流IR：是在最高反向工作電(diàn)压下允许流过二极管的反向電(diàn)流。该参数反映了二极管单向导電(diàn)性的好坏。因此，電(diàn)流值越小(xiǎo)，二极管质量越好。
(4)击穿電(diàn)压VB：指二极管反向伏安特性曲線(xiàn)急弯点处的電(diàn)压值。当反向為(wèi)软特性时，是指在给定反向漏電(diàn)流条件下的電(diàn)压值。
(5)最高工作频率fm：是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结電(diàn)容和扩散電(diàn)容决定。如果工作频率超过fm，二极管的单向导電(diàn)性就不能(néng)很(hěn)好的體(tǐ)现出来。
(6) 反向恢复时间trr：指在规定负载、正向電(diàn)流和最大反向瞬态電(diàn)压下的反向恢复时间。
(7) 零偏電(diàn)容CO：是指二极管两端電(diàn)压為(wèi)零时扩散電(diàn)容与结電(diàn)容的電(diàn)容之和。值得注意的是，由于制造工艺的限制，即使是同类型的二极管，其参数也存在较大的离散性。手册中给出的参数通常在一个范围内。如果测试条件发生变化，相应的参数也会发生变化。例如1N5200系列硅塑整流二极管在25℃时IR小(xiǎo)于10uA，100℃时IR变為(wèi)小(xiǎo)于500uA。

Ⅱ 整流二极管选择

整流二极管一般為(wèi)平面硅二极管，用(yòng)于各种功率整流電(diàn)路。选择整流二极管时，主要考虑其最大整流電(diàn)流、最大反向工作電(diàn)流、截止频率和反向恢复时间等参数。
普通串联稳压電(diàn)源電(diàn)路中使用(yòng)的整流二极管对截止频率的反向恢复时间要求不高。最大整流電(diàn)流和最大反向工作電(diàn)流的整流二极管应满足電(diàn)路的要求。
用(yòng)于开关稳压電(diàn)源整流電(diàn)路和脉冲整流電(diàn)路的整流二极管应為(wèi)工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管（如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等） .) 或选择快恢复二极管，或肖特基整流二极管。

三、整流器常见故障

(1)防雷保护不足，过電(diàn)压保护不良。整流装置不设防雷、过压保护装置。或设备日常维护不足。
(2)运行条件差。在间接驱动发電(diàn)机组中，由于速比计算不正确或两个皮带轮的直径比不符合速比要求，发電(diàn)机長(cháng)时间高速运转，所以整流器長(cháng)时间处于较高電(diàn)压。它加速了整流器老化，并因过早击穿而损坏。
（三）经营管理(lǐ)不善。负载故障或二极管击穿未及时修复。
(4)设备安装或制造工艺不良。发電(diàn)机组長(cháng)期在大振动下运行，影响整流管运行。同时，由于发電(diàn)机组转速不稳定，整流管的工作電(diàn)压也会波动，大大加速了整流管的老化和损坏。
(5)整流管规格型号不符。更换新(xīn)的整流管时，错误更换工作参数不符合要求或接線(xiàn)错误的管子，导致整流管击穿损坏。
(6)整流管的安全裕度太小(xiǎo)。整流管的过压过流安全裕度太小(xiǎo)，使整流管无法承受发電(diàn)机励磁回路中发生的过压或过流暂态过程的峰值而损坏。

图 1. 二极管作為(wèi)整流器符号

Ⅳ 整流二极管检测

这是一个更通用(yòng)和简单的方法。拆下電(diàn)路中的所有(yǒu)整流二极管，用(yòng)万用(yòng)表的100×R或1000×R欧姆档测量整流二极管的两根引線(xiàn)（调整并测试两次）。如果两次测得的電(diàn)阻值相差很(hěn)大，比如電(diàn)阻值高达几百kΩ到无穷大，或者電(diàn)阻值只有(yǒu)几百Ω以下，说明二极管是好的（特殊情况下除外）情况）。如果两次测得的電(diàn)阻值几乎一样，而且電(diàn)阻值很(hěn)小(xiǎo)，说明二极管已经击穿，不能(néng)使用(yòng)。另外，如果两次测得的電(diàn)阻值都是无穷大，说明二极管内部已经断开，不能(néng)使用(yòng)。

Ⅴ 整流二极管更换 

5.1 替换规则

整流二极管损坏后，应更换同型号或相同参数的其它型号。
一般高耐压（反向電(diàn)压）的整流二极管可(kě)以用(yòng)低耐压的整流二极管代替，而低耐压的整流二极管不能(néng)用(yòng)高耐压的整流二极管代替。整流電(diàn)流值大的二极管可(kě)以用(yòng)整流電(diàn)流值小(xiǎo)的二极管代替，而整流電(diàn)流值小(xiǎo)的二极管不能(néng)用(yòng)整流電(diàn)流值大的二极管代替。

5.2 常用(yòng)整流器型号一览

材料	模型	反向電(diàn)压操作 （顶峰）	平均整流電(diàn)流_ _
硅整流二极管	1N4001	50V	1A (Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)
	1N4002	100V	1A
	1N4003	200V	1A
	1N4004	400V	1A
	1N4005	600V	1A
	1N4006	800V	1A
	1N4007	1000V	1A
	1N4148	75V	4PF, Ir=25nA,Vf=1V
	1N5391	50V	1.5A (Ir=10uA,Vf=1.4V,Ifs=50A)
	1N5392	100V	1.5A
	1N5393	200V	1.5A
	1N5394	300V	1.5A
	1N5395	400V	1.5A
	1N5396	500V	1.5A
	1N5397	600V	1.5A
	1N5398	800V	1.5A
	1N5399	1000V	1.5A
	1N5400	50V	3A (Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)
	1N5401	100V	3A
	1N5402	200V	3A
	1N5403	300V	3A
	1N5404	400V	3A
	1N5405	500V	3A
	1N5406	600V	3A
	1N5407	800V	1A (Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)
	1N5408	1000V	1A

Ⅵ 整流二极管電(diàn)路类型

電(diàn)网為(wèi)用(yòng)户提供交流電(diàn)，各种用(yòng)電(diàn)设备都需要直流電(diàn)。整流是将交流電(diàn)转换為(wèi)直流電(diàn)的过程。利用(yòng)具有(yǒu)单向导電(diàn)性的装置，可(kě)以将交变方向和大小(xiǎo)的電(diàn)流转换成直流電(diàn)。下面介绍由晶體(tǐ)二极管组成的三种主要整流電(diàn)路。 

6.1 半波整流電(diàn)路

图 2. 半波整流器電(diàn)路

该图显示了最简单的整流電(diàn)路。它由電(diàn)源变压器B、整流二极管D和负载電(diàn)阻Rfz组成。变压器将電(diàn)压转换為(wèi)所需的交流電(diàn)压 e2，然后 D 将交流電(diàn)转换為(wèi)脉动直流電(diàn)。
变压器阈值電(diàn)压e2是一个正弦波電(diàn)压，其方向和大小(xiǎo)随时间变化，其波形如图(a)所示。在0~K时间，e2為(wèi)正半周，即变压器上端為(wèi)正，下端為(wèi)负。此时二极管正向导通，e2通过它加到负载電(diàn)阻Rfz上。在π~2π内，e2為(wèi)负半周，变压器次级下端為(wèi)正，上端為(wèi)负。此时D承受反向電(diàn)压不导通，Rfz上无電(diàn)压。在π~2π的时间里，重复0~π时间的过程，在3π~4π的时间里，π~2π时间的过程……经过Rfz的半个周期，得到单个右向電(diàn)压在 Rfz 上（正向上和负向下），如图（b）所示，达到整改的目的。但负载電(diàn)压Usc，负载電(diàn)流也随时间变化，所以通常称為(wèi)脉动直流。

图 3. 半波整流器波

这种去掉前半周，留下半周的整改方法称為(wèi)半波整改。不难看出，半波整流是以消耗電(diàn)路中一半的交流電(diàn)為(wèi)代价的，電(diàn)流利用(yòng)率很(hěn)低。据介绍，半波整流二极管常用(yòng)于高压小(xiǎo)電(diàn)流场合，一般无線(xiàn)電(diàn)设备中很(hěn)少使用(yòng)。

6.2 全波整流電(diàn)路

图 4. 全波整流器電(diàn)路

如果对整流電(diàn)路的结构做一些调整，就可(kě)以得到一个全波整流電(diàn)路。上图是全波整流電(diàn)路的電(diàn)气原理(lǐ)图。
全波整流電(diàn)路可(kě)以看成是两个半波整流電(diàn)路的组合。需要在变压器的次级線(xiàn)圈中间画一个抽头，将次级線(xiàn)圈分(fēn)成两个对称的绕组，从而得到两个大小(xiǎo)相等但极性相反的電(diàn)压e2a和e2b，形成两个通電(diàn)電(diàn)路。
全波整流電(diàn)路的工作原理(lǐ)可(kě)以用(yòng)波形图来说明。在0和π之间，e2a為(wèi)Dl的正電(diàn)压，D1导通，在Rfz上得到一个上正下负電(diàn)压。e2b 為(wèi) D2 的反向電(diàn)压，D2 不导通（见图（b））。在π-2π时刻，e2b对D2為(wèi)正電(diàn)压，D2导通，Rfz上得到的電(diàn)压仍為(wèi)上正下负電(diàn)压，故e2a為(wèi)D1反向電(diàn)压，D1不导通（见图（c）。

图 5. 全波整流器電(diàn)路波形

如此反复，由于两个整流元件D1和D2依次导電(diàn)，结果是负载電(diàn)阻Rfz在正负半周電(diàn)流方向相同，如图(b)所示。这就是全波整流，不仅利用(yòng)了正半周，还巧妙地利用(yòng)了负半周。全波整流器大大提高了整流效率。

图 6. 全波整流器電(diàn)路

这种電(diàn)路要求变压器有(yǒu)一个次级中心抽头，使两端对称，给生产带来了很(hěn)大的麻烦。此外，在该電(diàn)路中，每个整流二极管所能(néng)承受的最大反向電(diàn)压是变压器次级電(diàn)压最大值的两倍，因此二极管应能(néng)承受更高的電(diàn)压。 

6.3 桥式整流電(diàn)路

图 7. 桥式整流電(diàn)路

桥式整流電(diàn)路是最常用(yòng)的整流電(diàn)路。它具有(yǒu)全波整流電(diàn)路的优点，只要将两个二极管端口连接起来形成桥式结构，在一定程度上克服了它的缺点。
桥式整流電(diàn)路如下：

图 8. 桥式整流電(diàn)路 (a)

e2為(wèi)正半周时，D1、D3和方向電(diàn)压、D1、D3导通；D2、D4 被施加反向電(diàn)压，它们被关闭。E2、D1、Rfz 和 D3 在電(diàn)路中的回路中通電(diàn)。在 Rfz 上，形成正负半波洗涤電(diàn)压。当e2為(wèi)负半周时，对D2和D4施加正電(diàn)压，使它们导通；对 D1 和 D3 施加反向電(diàn)压，它们被切断。E2、D2Rfz、D4在電(diàn)路中通電(diàn)一个回路，另外一个半波整流電(diàn)压也在Rfz上形成。

图 9. 桥式整流電(diàn)路 (b)

如果重复，则在 Rfz 处产生全波整流電(diàn)压。波形图与全波整流器相同。从图中不难看出，桥式電(diàn)路中各二极管的反向電(diàn)压等于变压器次级電(diàn)压的最大值，比全波清洗電(diàn)路小(xiǎo)一半。

Ⅶ 高频整流二极管

开关電(diàn)源中的整流二极管必须具有(yǒu)正向降压低、恢复快的特点，还应有(yǒu)足够的输出功率。可(kě)以使用(yòng)以下三种高频二极管：快恢复整流器、超快恢复整流器和肖特基二极管整流器。
快恢复和超快恢复整流二极管具有(yǒu)中等和较高的正向压降，范围从0.8到1.2V。这两类整流二极管也有(yǒu)较高的截止電(diàn)压参数。因此，它们特别适用(yòng)于输出電(diàn)压在12V左右的小(xiǎo)功率辅助電(diàn)源電(diàn)路中。
与一般整流二极管相比，快恢复整流二极管和超快恢复整流二极管的反向恢复时间差降低到纳秒(miǎo)级，从而大大提高了電(diàn)源的效率。根据经验，在选择快恢复整流二极管时，其反向恢复时间至少应為(wèi)开关管上升时间的1/3。这两种整流二极管也降低了开关電(diàn)压尖峰，因為(wèi)它会影响输出直流電(diàn)压的纹波。
开关電(diàn)源中使用(yòng)的快恢复整流二极管和超快恢复整流二极管是否需要散热片，这取决于電(diàn)路的最大功率。在正常情况下，制造时允许的结温為(wèi) 175°C。制造商(shāng)有(yǒu)一个技术参数提供给设计者计算最大输出工作電(diàn)流、電(diàn)压和外壳温度。即使在大正向電(diàn)流的作用(yòng)下，肖特基整流二极管的正向压降也很(hěn)低，只有(yǒu)0.4V左右。此外，随着结温升高，其正向压降减小(xiǎo)。因此，肖特基整流二极管特别适用(yòng)于5V左右的低压输出電(diàn)路。它的反向恢复时间可(kě)以忽略不计，因為(wèi)该器件是具有(yǒu)多(duō)数载流子的半导體(tǐ)器件。
肖特基整流二极管有(yǒu)两大缺点：一是反向截止電(diàn)压容限低，100V左右；其次，反向漏電(diàn)流大，使得该器件比其他(tā)类型的整流器件更容易发生热击穿。当然，这些缺点也可(kě)以通过增加瞬态过压保护電(diàn)路和适当控制结温来克服。