Особенности выбора выпрямительных диодов
При выборе диодов выпрямителя необходимо учитывать целый набор факторов, определяемых, принципиальной схемой выпрямителя, частотой и величиной входного переменного напряжения, величинами напряжения и тока нагрузки, условиями эксплуатации (температура, влажность, устойчивость входного напряжения и т.п.), характером нагрузки (емкостная, индуктивная), наличием коммутационных перегрузок в цепи нагрузки, параметрами применяемого трансформатора и т.д.
В первую очередь необходимо рассчитать значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа, а также оценить среднее значение протекающего через них прямого тока (это можно сделать по приближенным формулам, приводимым в табл. 1). Полученные таким образом значения необходимо откорректировать в зависимости от характера нагрузки.
При наличии активно-емкостной нагрузки (а это чаще всего именно так) амплитудное и действующее значения тока силовых диодов могут существенно превышать его расчетное среднее значение. Так, например, при допустимом уровне пульсаций на выходе порядка 0,1% в однофазном мостовом выпрямителе с емкостным фильтром амплитудное значение тока выпрямительных диодов может достигать 15 . Iпр ср max. В целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева, необходимо ужесточить требования к максимальному прямому среднему току (Iпр ср max) применяемых диодов. Практически, для однополупериодного выпрямителя используется коэффициент 2,2, а для двухполупериодного 1,1 (т.е. используемые диоды должны иметь значение Iпр ср max как минимум в 1,1 раза большее, чем это следует из значений, полученных по формулам из табл. 1).
Величина максимально допустимого повторяющегося обратного напряжения (Uобр max) используемых диодов также подвержена влиянию нагрузки (характер этого влияния может быть вычислен по формулам, приводимым далее). Во избежание ее превышения в начальный момент времени после включения выпрямителя и во время его работы (в том числе и на холостом ходу), силовые диоды должны выбираться с некоторым запасом и по этому параметру.
Опираясь на найденные значения Iпр ср max и Uобр max (не забывая также о предполагаемой частоте входного переменного напряжения), по таблицам справочных данных производят предварительный выбор силовых диодов. Немаловажное значение для характеристик выпрямителя имеет тип выбранных выпрямительных диодов.
Напомним, что в качестве выпрямительных могут использоваться кремниевые, германиевые или арсенид-галлиевые диоды с p – n переходом (в т.ч. лавинные диоды), а также кремниевые или арсенид-галлиевые диоды с переходом Шоттки.
Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10..20 лет назад. В настоящее время они практически полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и арсенид-галиевыми приборами. И только в некоторых довольно редких случаях немногие положительные свойства германиевых диодов могут обусловить их применение в выпрямителях. Основными свойствами германиевых диодов с p – n переходом являются:
• низкое прямое падение напряжения (на германиевом диоде при максимально
допустимом прямом токе падение напряжения приблизительно в два раза
меньше, чем на аналогичном кремниевом диоде), что является существенным,
но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпря-
• существование явно выраженного тока насыщения при обратном включении
• значительно большая величина обратного тока по сравнению с аналогичными
• пробивное напряжение уменьшается с ростом температуры (большие обратные
токи германиевых диодов являются причиной теплового характера их пробоя),
а значение этого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых
• верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет
приблизительно 75 °С, что значительно ниже по сравнению с тем же парамет-
ром кремниевых диодов.
Существенным недостатком германиевых диодов является то, что они плохо выдерживают даже кратковременные импульсные перегрузки по обратному напряжению. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим с выделением большой удельной мощности в месте пробоя.
Кремниевые выпрямительные диоды с p – n переходом — это наиболее распространенный в настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей (однако они постепенно вытесняются более эффективными диодами с переходом Шоттки). Их основные свойства:
• максимально допустимые прямые токи кремниевых диодов различных типов
составляют 0,1. 1600 А, падение напряжения на диодах при этих токах не
превышает обычно 1,5 В;
• с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;
• обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет ярко выраженного участка
• пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому пробивное
напряжение с увеличением температуры увеличивается (для некоторых типов
кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может
составлять 1500. 2000 В);
• диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов
ограничен значениями-60. +125 °С.
Лавинный характер пробоя кремниевых диодов позволил создать такие приборы, которые безболезненно переносят многократные перегрузки по обратному напряжению — лавинные диоды. Если условия эксплуатации разрабатываемого выпрямителя очень тяжелы с точки зрения стабильности питающего напряжения или тока нагрузки (что возможно при коммутации различных емкостей и индуктивностей в цепях нагрузки), то применение лавинных диодов становится практически неизбежным. Они обеспечивают гашение кратковременных импульсов высокого напряжения, проникающих в выпрямитель из внешних цепей. Альтернативой использованию лавинных диодов может быть добавление в выпрямитель стабилитрона или ограничителя напряжения.
Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существенными преимуществами в свойствах и параметрах. С этой точки зрения, относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с p – n переходом из арсенида галлия являются очень перспективными приборами. Параметры выпускаемых арсенид- галлиевых выпрямительных диодов пока еще далеки от теоретически возможных (например, для диодов типа АД 112 максимально допустимый прямой ток равен всего 300 мА, а максимально допустимое обратное напряжение — 50 В), поэтому очевидно, что новые приборы такого типа будут значительно превосходить своих предшественников.
К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов следует отнести:
• значительный диапазон рабочих температур (до 250 °С);
• лучшие частотные свойства (арсенид-галлиевые диоды могут работать в
качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц и выше);
• повышенное (более 3 В) падение напряжения при прямом смещении.
Выпрямительные диоды с барьером Шоттки — наиболее перспективный вид полу-
проводниковых выпрямительных диодов. Они могут изготавливаться из кремния или арсенида
галлия. Очевидно, что по мере совершенствования и удешевления технологии изготовления
диоды с барьером Шоттки будут все более вытеснять выпрямительные диоды с p – n переходом. Основными свойствами диодов Шоттки являются:
• малое падение напряжения при прямом смещении (около 0,6 В);
• большая максимально допустимая плотность тока, что связано как с меньшим
падением напряжения на диоде, так и с особенностями его конструкции,
обеспечивающими хороший отвод тепла от выпрямляющего перехода;
• способность выдерживать значительные перегрузки по току по сравнению с
аналогичными диодами с p – n переходом;
• кремниевые и особенно арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют пока
относительно маленькие значения пробивных напряжений (20. 70 В), но по
мере совершенствования технологии их изготовления этот недостаток посте-
Особенности выбора выпрямительных диодов
При выборе диодов выпрямителя необходимо учитывать целый набор факторов, определяемых принципиальной схемой выпрямителя, частотой и величиной входного переменного напряжения, величинами напряжения и тока нагрузки, условиями эксплуатации (температура, влажность, устойчивость входного напряжения и т.п.), характером нагрузки (емкостная, индуктивная), наличием коммутационных перегрузок в цепи нагрузки, параметрами применяемого трансформатора и т.д.
В первую очередь необходимо рассчитать значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа, а также оценить среднее значение протекающего через них прямого тока. Полученные таким образом значения, необходимо откорректировать в зависимости от характера нагрузки.
При наличии активно-емкостной нагрузки амплитудное и действующее значения тока силовых диодов могут существенно превышать его расчетное среднее значение Iд ср. Так, например, при допустимом уровне пульсаций на выходе порядка 0,1% в однофазном мостовом выпрямителе с емкостным фильтром амплитудное значение тока выпрямительных диодов может достигать 15 . Iд ср.
Величина максимально допустимого повторяющегося обратного напряжения Uобр макс используемых диодов также подвержена влиянию нагрузки (характер этого влияния может быть вычислен по формулам, приводимым далее).
Опираясь на найденные значения Iд ср и Uобр макс (не забывая также о предполагаемой частоте входного переменного напряжения), по таблицам справочных данных производят предварительный выбор силовых диодов.
Немаловажное значение для характеристик выпрямителя имеет тип выбранных выпрямительных диодов. Напомним, что в качестве выпрямительных могут использоваться кремниевые, германиевые или арсенид-галлиевые диоды с p – n переходом (в т.ч. лавинные диоды), а также кремниевые или арсенид-галлиевые диоды с переходом Шоттки.
Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10..20 лет назад. В настоящее время они практически полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и арсенид-галиевыми приборами.
Кремниевые выпрямительные диоды с p – n переходом — это наиболее распространенный в настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей (однако они постепенно вытесняются более эффективными диодами с переходом Шоттки). Их основные свойства:
• максимально прямые допустимые токи кремниевых диодов различных типов составляют 0,1. 1600 А, падение напряжения на диодах при этих токах не превышает обычно 1,5 В;
• с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;
• обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет ярко выраженного участка насыщения;
• пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому напряжение пробоя для некоторых типов кремниевых диодов при комнатной температуре может составлять 1500. 2000 В);
• диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен значениями-60. +125 °С.
Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существенными преимуществами в свойствах и параметрах. С этой точки зрения, относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с p – n переходом из арсенида галлия являются очень перспективными приборами. К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов следует отнести:
• значительный диапазон рабочих температур (до 250 °С);
• лучшие частотные свойства (арсенид-галлиевые диоды могут работать в качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц и выше);
• повышенное (более 3 В) падение напряжения при прямом смещении.
Выпрямительные диоды с барьером Шоттки — наиболее перспективный вид полупроводниковых выпрямительных диодов.
Основными свойствами диодов Шоттки являются:
• малое падение напряжения при прямом смещении (около 0,6 В);
• большая максимально допустимая плотность тока, что связано как с меньшим падением напряжения на диоде, так и с особенностями его конструкции, обеспечивающими хороший отвод тепла от выпрямляющего перехода;
• способность выдерживать значительные перегрузки по току по сравнению с аналогичными диодами с p – n переходом;
• кремниевые и особенно арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют пока относительно маленькие значения пробивных напряжений (20. 70 В), но по мере совершенствования технологии их изготовления этот недостаток постепенно устраняется.
Предварительный выбор параметров трансформатора
Проектирование трансформаторов слагается из расчета и конструирования. Расчет трансформатора представляет собой математически неопределенную задачу со многими решениями, так как число определяемых неизвестных больше числа уравнений, связывающих их. Вследствие этого в процессе расчета трансформатора приходится задаваться определенными значениями некоторых исходных электромагнитных и конструктивных величин, базируясь на опыте построенных трансформаторов. При проектировании нового трансформатора обычно получается несколько расчетных вариантов, из которых и выбирается наиболее выгодный. Для правильного выбора окончательного варианта проектируемого трансформатора необходимо иметь в виду связь между стоимостью трансформатора и величиной его к. п. д.
Расчет и опыт показывают, что можно построить трансформатор с весьма высоким к. п. д., однако это не является еще признаком наиболее выгодного варианта трансформатора, так как при выборе его нужно учитывать также и другие технико-экономические показатели, как, например, размеры, вес и стоимость трансформатора. Уменьшение веса и стоимости трансформатора связано с увеличением индукции в сердечнике и плотности тока в обмотках, что ведет к увеличению потерь в стали и меди трансформатора, а, следовательно, к повышению нагрева его. При этом к. п. д. трансформатора уменьшается.
Предельно допустимый нагрев маломощных трансформаторов для обычной изоляции обмоток класса А может составлять 100-110° С или превышать температуру окружающей среды на 65-75° С при температуре этой среды 35° С. Следовательно, пределом использования активных материалов является нагрев трансформаторов.
В большинстве случаев маломощные трансформаторы являются встроенной частью различных аппаратов и устройств и нередко работают при окружающей температуре 50-60°С вместо 35°С по нормам. Последнее обстоятельство должно учитываться при определении предельной допускаемой температуры нагрева обмоток.
Как известно, в трансформаторах вес стали сердечника, и вес меди обмоток находятся во взаимно обратной зависимости, т. е. при увеличении веса активной стали, расход меди на обмотки уменьшается. Так как цена обмоточной меди в маломощных трансформаторах значительно выше стоимости стали, то отношение веса стали, к весу меди в них делают выше, чем для трансформаторов большой мощности. Маломощные трансформаторы, рассчитанные на минимум стоимости, обычно имеют Gс/Gм=4,5 — 5,5. Трансформаторы минимального веса имеют Gс/Gм=2 — 3. Правильно рассчитанный маломощный трансформатор должен иметь минимальную стоимость и вес, удовлетворять заданным техническим требованиям и иметь высокий к. п. д.
Типы маломощных силовых трансформаторов.
Маломощные силовые трансформаторы строятся:
а) стержневого типа с двумя катушками (рис. 1а) и с одной катушкой (рис. 1б);
Выбор диодов для выпрямителей.
Параметры (по паспорту) диодов в выпрямителях должны удовлетворять следующим условиям:
I ПР.СР >I н.ср , U ОБР.МАКС > U обр.макс .
I ПР.СР — средний выпрямленный ток диода по паспорту,
I н.ср— средний выпрямленный ток ток нагрузки в выпрямителе,
U ОБР.МАКС – наибольшее допустимое обратное напряжение на диоде,
U обр.макс– наибольшее обратное напряжение на диоде в выпрямителе.
- Сглаживающие фильтры. Назначение. Однополупериодный выпрямитель с С-фильтром. Схема. Осциллограммы напряжений и токов. Коэффициент пульсации. Выбор емкости конденсатора фильтра. Выбор диодов. Внешние характеристики сравнительно с выпрямителем без фильтра.
- Двухполупериодный выпрямитель с С-фильтром. Схема. Осциллограммы напряжений и токов. Коэффициент пульсации. Выбор емкости конденсатора фильтра. Выбор диодов. Внешние характеристики сравнительно с выпрямителем без фильтра.
Сглаживающие фильтры.
Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке в выпрямителях используется сглаживающий фильтр. На рис. 2.9 приведены схемы и соответствующие кривые токов и напряжений для ОПВ и ДПВ с ёмкостным фильтром. 
Снижение пульсаций напряжения на нагрузке достигается тем, что конденсатор быстро заряжается при открытых диодах и медленно разряжается на ссопротивление нагрузки при закрытых диодах. Для этого постоянная времени разряда (τразр =СфRф) должна быть много больше периода выпрямленного напряжения T. Коэффициент пульсации для ОПВ выпрямителя с С-фильтром р=1/(2fcCфRн) и для ДПВ — р=1/(4fcCфRн). Из графиков напряжений на нагрузке видны существенное уменьшение колебаний напряжения на нагрузке и увеличение среднего значения выпрямленного напряжения. Внимание! В схеме однополупериодного выпрямителя с С-фильтром наибольшее обратное напряжение диода удваивается и равно 2U2m , т.к. оно складывается из напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на конденсаторе, которое примерно равно U2m. Применяются и другие схемы сглаживающих фильтров. 
Рис. 2.16. Схемы LC-фильтра (а) и RC-фильтра (б). 
Рис.2.17. Схемы П-образных LC-фильтра (а) RC- фильтра (б). Эти сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания, который равен отношению коэффициентов пульсаций выходного и входного напряжений.
Внешние характеристики выпрямителей.
Выходное напряжения выпрямителей без стабилизатора зависит от тока нагрузки. Эта зависимость называется внешней характеристикой (рис.2.18). Для получения внешней характеристики меняют сопротивление нагрузки и измеряют постоянные напряжение и ток нагрузки. Все внешние характеристики выпрямителей имеют отрицательный наклон, как для большинства источников постоянного напряжения, что связано с наличием внутреннего сопротивления. Однако, этот угол разный для разных выпрямителей в зависимости от типа выпрямителя и сглаживающего фильтра. 1-для ОПВ без фильтра, 2- для ОПВ с С-фильтром, 3- для ОПВ с Г-образным RC –фильтром.Замечание. При IН =0 напряжение Uн =0 , т.к. сопротивление нагрузки оказывается сравнимо с сопротивлением закрытого
- Параметрический стабилизатор напряжения. Полупроводниковый стабилитрон. Вольтамперная характеристика и ее параметры, рабочий участок. Схема параметрического стабилизатора. Схема замещения. Графический анализ состояния стабилизатора в режиме вариации входного напряжения. Допустимые пределы входного напряжения. Коэффициент стабилизации.
- Схема замещения параметрического стабилизатора напряжения в режиме вариации сопротивления нагрузки. Допустимые пределы сопротивления нагрузки.
По каким параметрам выбираются диоды в схемах?
По величине максимального прямого тока, максимального обратного напряжения, иногда по рабочей частоте и типу перехода. Вот и всё.
Остальные ответы
В основном по мощности и раб. напряжению.
Это смотря в какую схему они Тебе надо.
Если Выпямитель то по току максимальному и напряжению. В схему ВЧ то предельная частота и ёмкость перехода.
Ну это можно сказаь основные параметры, но нестоит забывать и о других.
Скажи куда Тебе надо может конкретнее отвечу.
Посмотри мой сайт Zp3.narod.ru возможно найдёш ответы на свои вопросы. Если что отставь сообщение в форуме.
Источник: Zp3.narod.ru
Похожие вопросы