Jakie są różne funkcje diod w układach prądu stałego i przemiennego?

一, Różnice w mechanizmach fizycznych: dwukierunkowa adaptacja jednokierunkowego przewodnictwa
Podstawowa charakterystyka diody wynika z jednokierunkowego przewodnictwa złącza PN: dioda przewodzi, gdy jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia (z rezystancją około kilkudziesięciu omów) i wyłącza się, gdy jest spolaryzowana zaporowo (z rezystancją megaomów). Ta funkcja musi być funkcjonalnie dostosowana różnymi metodami w systemach prądu stałego i przemiennego.

System DC: statyczne sterowanie jednokierunkowe
W systemie prądu stałego diody znajdują się w stabilnym stanie jednokierunkowego przewodzenia lub odcięcia. Na przykład w szynie DC falownika fotowoltaicznego równoległe diody gaszące nadal przewodzą, gdy IGBT jest wyłączony, zapewniając ścieżkę swobodnego przepływu prądu cewki indukcyjnej. Jego rezystancja DC (spadek napięcia w kierunku przewodzenia o około 0,7 V) determinuje utratę mocy, podczas gdy czas powrotu do stanu wyjściowego (zwykle na poziomie nanosekund) ma stosunkowo niewielki wpływ w scenariuszach DC.

System komunikacji: dynamiczne przełączanie cykli
W systemach komunikacyjnych diody muszą szybko przełączać stan przewodzenia między dodatnim i ujemnym półcyklem 50 Hz/60 Hz. Biorąc za przykład obwód mostka prostowniczego, cztery diody przewodzą naprzemiennie, aby przekształcić moc prądu przemiennego w pulsującą moc prądu stałego. W tym momencie rezystancja prądu przemiennego diody (która zmienia się w zależności od częstotliwości) i czas regeneracji wstecznej (który wpływa na straty-wysokiej częstotliwości) stają się kluczowymi parametrami. Na przykład diody szybkiego odzyskiwania (odwrócony czas odzyskiwania<50ns) can reduce conduction losses by 15% in high-frequency switching power supplies.

2, Podstawowe funkcje w systemach prądu stałego
1. Ochrona przed polaryzacją i izolacja odwrotna
Na wejściu zasilacza prądu stałego dioda połączona szeregowo może zapobiec odwróceniu zasilania. Po odwróceniu polaryzacji dioda jest poddawana działaniu napięcia odwrotnego i odcinana, co pozwala uniknąć późniejszego uszkodzenia obwodu. Na przykład ładowarka samochodowa wykorzystuje diodę 1N4007 (napięcie wytrzymywane wstecznie 1000 V), która jest w stanie wytrzymać przejściowe wysokie napięcie podczas odwrócenia akumulatora samochodowego.

2. Kontynuacja przepływu i uwalnianie energii
W obwodzie obciążenia indukcyjnego diody zapewniają ścieżkę swobodnego przepływu prądu cewki indukcyjnej. W sterowniku silnika dioda gasząca przewodzi, gdy IGBT jest wyłączony, aby zapobiec przedostawaniu się siły elektromotorycznej cewki indukcyjnej do rurki przełączającej. Charakterystyka odzyskiwania odwrotnego ma bezpośredni wpływ na wydajność systemu: zwykłe diody mają czas odzyskiwania odwrotnego wynoszący około 200 ns, podczas gdy diody Schottky'ego (bez procesu odzyskiwania odwrotnego) mogą poprawić wydajność o 3% -5%.

3. Stabilizacja napięcia i stabilizacja napięcia
Diody Zenera umożliwiają precyzyjną regulację napięcia w układach prądu stałego. Na przykład dioda Zenera 5,1 V połączona równolegle w zasilaczu 12 V DC może ustabilizować napięcie wyjściowe na poziomie 5,1 V ± 5%. Rezystancja dynamiczna (zwykle kilka omów) określa dokładność stabilizacji napięcia, natomiast zdolność rozpraszania mocy (np. opakowanie 1W, 5W) określa scenariusz zastosowania.

3, Podstawowe funkcje w systemach komunikacyjnych
1. Prostowanie i konwersja kształtu fali
Prostowanie jest podstawową funkcją diod w układach prądu przemiennego. W obwodzie prostowniczym półfalowym pojedyncza dioda przekształca prąd przemienny w pulsujący prąd stały ze sprawnością około 40,6%; Sprawność pełnookresowego obwodu prostowniczego (centralny transformator odczepowy + dwie diody) została poprawiona do 81,2%; Obwód prostownika mostkowego (cztery diody) umożliwia prostowanie pełnookresowe bez konieczności stosowania odczepu centralnego, stając się rozwiązaniem głównego nurtu.

2. Detekcja i demodulacja sygnału
W komunikacji bezprzewodowej diody umożliwiają wykrywanie-sygnałów o wysokiej częstotliwości. Na przykład w radiach AM diody wykorzystują jednokierunkowe przewodnictwo do wyodrębniania sygnałów audio, a pojemność ich złącza (zwykle kilka pikofaradów) wpływa na charakterystykę wysokich-częstotliwości. Dlatego należy wybrać dedykowaną diodę do detekcji (np. 1N34A).

3. Zastosowania konwersji częstotliwości i mieszania
W obwodach-wysokiej częstotliwości nieliniowa charakterystyka diod umożliwia konwersję częstotliwości. W mikserze podwójnie zrównoważona struktura składająca się z dwóch diod może mieszać sygnał wejściowy z sygnałem lokalnego oscylatora w celu wygenerowania sygnału o częstotliwości pośredniej. Pojemność złącza i rezystancja szeregowa określają wydajność mieszania, dlatego w celu zmniejszenia parametrów pasożytniczych należy zastosować diody do montażu powierzchniowego (takie jak seria HSMS-286x).

4, Porównanie typowych scenariuszy zastosowań
Wymiary funkcjonalne Zastosowanie systemu DC Zastosowanie systemu AC
Funkcja zabezpieczająca: ochrona przed odwrotną mocą, tłumienie przepięć cewki indukcyjnej, filtrowanie EMI
Konwersja energii Ogniwo fotowoltaiczne Sterowanie MPPT, ładowanie akumulatora Konwersja AC-DC, przetwornica częstotliwości
Przetwarzanie sygnałów, regulacja napięcia, budowa bramki logicznej, detekcja i demodulacja, modulacja mieszania częstotliwości
Typowe urządzenia obejmują diody Schottky'ego, diody Zenera, diody szybkiego odzyskiwania i diody prostownicze
5, Tryby awarii i skutki systemowe
Awaria systemu prądu stałego: ryzyko zwarcia i niestabilności termicznej
W systemach prądu stałego awaria diody (zwłaszcza termiczna) może spowodować trwałe zwarcia. Na przykład awaria diody gaszącej w falowniku fotowoltaicznym może spowodować bezpośrednie przyłożenie napięcia szyny DC do kolektora IGBT, co prowadzi do eksplozji modułu. Ten typ usterki wymaga podwójnego zabezpieczenia za pomocą rezystorów ograniczających prąd (takich jak 0,1 Ω/5 W) i bezpieczników.

Awaria systemu komunikacji: zniekształcenie przebiegu i paraliż systemu
W systemach komunikacyjnych pogorszenie parametrów diody (np. wydłużony czas powrotu do stanu wyjściowego) może powodować zniekształcenie prostowanego przebiegu. W sterowniku silnika, gdy czas powrotu diody prostowniczej wzrasta z 50 ns do 200 ns, zniekształcenia harmoniczne zwiększają się z 3% do 12%, powodując intensyfikację drgań silnika. Ten typ usterki wymaga konserwacji zapobiegawczej poprzez monitorowanie online temperatury złącza diody (termografia w podczerwieni).