開關二極管
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-20
開關二極管的視頻教程
ABAQUS-雙金屬片開關熱結構耦合模擬
本案例基于ABAUS模擬了鐵-鋁雙金屬片開關在過盈配合及過流加熱、冷卻過程中的應力應變及溫度、熱流量分布情況。本例采用C3D8RT熱-結構耦合單元進行直接耦合分析，共三個分析步：一是過盈量造成的應力，二是過流加熱過程，采用體熱流量加熱，時長1s，三是冷卻過程，采用表面對流散熱，時長10s。輸出結構引力應變及溫度分布云圖。
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開關二極管的實例教程
在
開關電路中有兩大類的開關：
（1）機械式的開關，采用機械式的開關件作為開關電路中的元器件。
（2）電子開關，所謂的電子開關，不用機械式的開關件，而是采用二極管、三極管這類器件構成開關電路。
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開關二極管開關特性說明
開關二極管同普通的二極管一樣，也是一個PN結的結構，不同之處是要求這種二極管的開關特性要好。
當給開關二極管加上正向電壓時，二極管處于導通狀態，相當于開關的通態；當給開關二極管加上反向電壓時，二極管處于截止狀態，相當于開關的斷態。二極管的導通和截止狀態完成開與關功能。
開關二極管就是利用這種特性，且通過制造工藝，開關特性更好，即開關速度更快，PN結的結電容更小，導通時的內阻更小，截止時的電阻很大。如表9-41所示是開關時間概念說明。
表6.19 開關時間概念說明
2
典型二極管開關電路工作原理
二極管構成的電子開關電路形式多種多樣，如圖9-46所示是一種常見的二極管開關電路。
圖9-46 二極管開關電路
通過觀察這一電路，可以熟悉下列幾個方面的問題，以利于對電路工作原理的分析：
（1）了解這個單元電路功能是第一步。
展開 二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個PN結兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。
一般來講，晶體二極管是一個由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。當外加電壓等于零時，由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態，這也是常態下的二極管特性。
二極管類型符號解析
CT---勢壘電容
Cj---結（極間）電容，表示在二極管兩端加規定偏壓下，鍺檢波二極管的總電容
Cjv---偏壓結電容
Co---零偏壓電容
Cjo---零偏壓結電容
Cjo/Cjn---結電容變化
Cs---管殼電容或封裝電容
Ct---總電容
CTV---電壓溫度系數。在測試電流下，穩定電壓的相對變化與環境溫度的絕對變化之比
CTC---電容溫度系數
Cvn---標稱電容
IF---正向直流電流（正向測試電流）。鍺檢波二極管在規定的正向電壓VF下，通過極間的電流；硅整流管、硅堆在規定的使用條件下，在正弦半波中允許連續通過的最大工作電流（平均值），硅開關二極管在額定功率下允許通過的最大正向直流電流；測穩壓二極管正向電參數時給定的電流
IF（AV）---正向平均電流
IFM（IM）---正向峰值電流（正向最大電流）。在額定功率下，允許通過二極管的最大正向脈沖電流。發光二極管極限電流。
IH---恒定電流、維持電流。
Ii---發光二極管起輝電流
IFRM---正向重復峰值電流
IFSM---正向不重復峰值電流（浪涌電流）
Io---整流電流。
展開 4、功率二極管的開通和關斷過程原理
開通和關斷過程實驗電路
二極管兩端的電壓和流過的電流：
開關過程原理：
開通過程[ t1 ~ t2 ]：
在 t1 前，二極管工作于截止狀態，t1 時，理想開關關斷，二極管的電流開始上升，對反偏二極管的結電容充電，使二極管的電壓也開始上升，因PN 結耗盡區的工作機理（詳細見半導體物理），使電壓的上升比電流的上升要慢很多，電壓正偏后，還會有一個幾伏-幾十伏的正向電壓峰值，然后才進入穩定的正向導通狀態。
關斷過程[ t3 ~ t5 ]：
在 t3 前，二極管工作于導通狀態，t3 時，理想開關開通，二極管的電流開始下降，因為少子電荷在正向電流降為零時仍存在，故二極管的電壓仍維持正偏，為使其承受反向阻斷的能力，必需將這些少子電荷抽掉，t3-t4 是抽走反向電荷的階段，在t4時刻，二極管可開始反向阻斷，t4-t5則是對二極管結電容（耗盡區）進行充電的過程，直到二極管完全承受外部所加的反向電壓，進入穩定的反向截止狀態。
實際的開通過程較短，分析時一般可忽略。通常可只分析關斷過程，器件商會給出反向恢復時間和反向恢復電荷等參數。
展開 2、二極管傳導損耗
MOSFET 的傳導損耗與RDS(ON)成正比，二極管的傳導損耗則在很大程度上取決于正向導通電壓(VF)。二極管通常比MOSFET 損耗更大，二極管損耗與正向電流、VF 和導通時間成正比。由于MOSFET 斷開時二極管導通，二極管的傳導損耗(PCOND(DIODE))近似為：
PCOND(DIODE) = IDIODE(ON) × VF × (1 - D)
式中，IDIODE(ON)為二極管導通期間的平均電流。圖2 所示，二極管導通期間的平均電流為IOUT，因此，對于降壓型轉換器，PCOND(DIODE)可以按照下式估算：
PCOND(DIODE) = IOUT × VF × (1 - VOUT/VIN)
與MOSFET 功耗計算不同，采用平均電流即可得到比較準確的功耗計算結果，因為二極管損耗與I 成正比，而不是I2。
顯然，MOSFET 或二極管的導通時間越長，傳導損耗也越大。對于降壓型轉換器，輸出電壓越低，二極管產生的功耗也越大，因為它處于導通狀態的時間越長。
3、開關動態損耗
由于開關損耗是由開關的非理想狀態引起的，很難估算MOSFET 和二極管的開關損耗，器件從完全導通到完全關閉或從完全關閉到完全導通需要一定時間，在這個過程中會產生功率損耗。
展開 對于二極管，必須降低導通壓降，以降低由此產生的損耗。對于小尺寸、額定電壓較低的硅二極管，導通壓降一般在0.7V 到1.5V 之間。二極管的尺寸、工藝和耐壓等級都會影響導通壓降和反向恢復時間，大尺寸二極管通常具有較高的VF 和tRR，這會造成比較大的損耗。開關二極管一般以速度劃分，分為“高速”、“甚高速”和“超高速”二極管，反向恢復時間隨著速度的提高而降低。快恢復二極管的tRR 為幾百納秒，而超高速快恢復二極管的tRR 為幾十納秒。低功耗應用中，替代快恢復二極管的一種選擇是肖特基二極管，這種二極管的恢復時間幾乎可以忽略，反向恢復電壓VF 也只有快恢復二極管的一半(0.4V 至1V)，但肖特基二極管的額定電壓和電流遠遠低于快恢復二極管，無法用于高壓或大功率應用。另外，肖特基二極管與硅二極管相比具有較高的反向漏電流，但這些因素并不限制它在許多電源中的應用。然而，在一些低壓應用中，即便是具有較低壓降的肖特基二極管，所產生的傳導損耗也無法接受。比如，在輸出為1.5V 的電路中，即使使用0.5V 導通壓降VF 的肖特基二極管，二極管導通時也會產生33%的輸出電壓損耗！為了解決這一問題，可以選擇低導通電阻RDS(ON)的MOSFET實現同步控制架構。用MOSFET 取代二極管(對比圖1 和圖2 電路)，它與電源的主MOSFET 同步工作，所以在交替切換的過程中，保證只有一個導通。導通的二極管由導通的MOSFET 所替代，二極管的高導通壓降VF 被轉換成MOSFET 的低導通壓降(MOSFET RDS(ON) × I)，有效降低了二極管的傳導損耗。當然，同步整流與二極管相比也只是降低了MOSFET 的壓降，另一方面，驅動同步整流MOSFET 的功耗也不容忽略。IC數據資料 以上討論了影響開關電源效率的兩個重要因素(MOSFET 和二極管)。
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簡介
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