Aké sú rôzne funkcie diód v DC a AC systémoch?

一, Rozdiely vo fyzikálnych mechanizmoch: obojsmerná adaptácia jednosmernej vodivosti
Základná charakteristika diódy pochádza z jednosmernej vodivosti PN prechodu: vedie pri doprednom predpätí (s odporom asi desiatok ohmov) a vypína pri spätnom predpätí (s odporom megaohmov). Táto vlastnosť musí byť funkčne prispôsobená rôznymi metódami v DC a AC systémoch.

DC systém: statické jednosmerné ovládanie
V jednosmernom systéme sú diódy v stabilnom jednosmernom vodivom alebo odpojenom stave. Napríklad v jednosmernej zbernici fotovoltaického meniča, paralelné voľnobežné diódy pokračujú vo vedení, keď je IGBT vypnutý, čím poskytujú voľnobežnú dráhu pre indukčný prúd. Jeho jednosmerný odpor (pokles napätia vpred asi 0,7 V) určuje stratu výkonu, zatiaľ čo spätný čas zotavenia (zvyčajne na úrovni nanosekundy) má v scenároch jednosmerného prúdu relatívne malý vplyv.

Komunikačný systém: dynamické prepínanie cyklov
V komunikačných systémoch potrebujú diódy rýchlo prepínať stav vedenia medzi kladným a záporným polovičným cyklom 50 Hz/60 Hz. Ak vezmeme ako príklad obvod mostíkového usmerňovača, štyri diódy vedú striedavo na premenu striedavého prúdu na pulzujúci jednosmerný prúd. V tomto bode sa kľúčovými parametrami stávajú AC odpor diódy (ktorý sa mení s frekvenciou) a čas spätného zotavenia (ktorý ovplyvňuje vysoké-frekvenčné straty). Napríklad diódy rýchlej obnovy (reverzný čas obnovy<50ns) can reduce conduction losses by 15% in high-frequency switching power supplies.

2, Základné funkcie v DC systémoch
1. Ochrana proti polarite a spätná izolácia
Na vstupnom konci napájacieho zdroja jednosmerného prúdu môže sériovo zapojená dióda zabrániť obráteniu napájania. Pri obrátenej polarite je dióda vystavená spätnému napätiu a odpojená, čím sa zabráni následnému poškodeniu obvodu. Napríklad autonabíjačka využíva diódu 1N4007 (reverzné výdržné napätie 1000V), ktorá odolá prechodnému vysokému napätiu pri prevrátení autobatérie.

2. Pokračujúci tok a uvoľňovanie energie
V obvode indukčnej záťaže poskytujú diódy voľnobežnú dráhu pre indukčný prúd. V motorovom budiči vedie voľnobežná dióda, keď je IGBT vypnutý, aby zabránila spätnej elektromotorickej sile induktora preniknúť do spínacej trubice. Jeho charakteristiky spätného zotavenia priamo ovplyvňujú účinnosť systému: bežné diódy majú čas spätného zotavenia približne 200 ns, zatiaľ čo Schottkyho diódy (bez procesu spätného zotavenia) môžu zvýšiť účinnosť o 3% -5%.

3. Stabilizácia napätia a upínanie napätia
Zenerove diódy dosahujú presnú reguláciu napätia v DC systémoch. Napríklad 5,1V Zenerova dióda zapojená paralelne do 12V DC zdroja môže stabilizovať výstupné napätie na 5,1V ± 5%. Dynamický odpor (zvyčajne niekoľko ohmov) určuje presnosť stabilizácie napätia, zatiaľ čo schopnosť rozptylu energie (napríklad 1W, 5W balenie) určuje scenár aplikácie.

3, Základné funkcie v komunikačných systémoch
1. Rektifikácia a konverzia tvaru vlny
Usmernenie je základnou funkciou diód v AC systémoch. V polovlnnom usmerňovacom obvode jedna dióda premieňa striedavý prúd na pulzujúci jednosmerný prúd s účinnosťou približne 40,6 %; Účinnosť celovlnového usmerňovacieho obvodu (stredový odbočovací transformátor + dve diódy) sa zlepšila na 81,2 %; Obvod mostového usmerňovača (štyri diódy) dosahuje úplné usmernenie vĺn bez potreby stredového odbočenia, čím sa stáva hlavným riešením.

2. Detekcia a demodulácia signálu
Pri bezdrôtovej komunikácii dosahujú diódy detekciu vysoko-frekvenčného signálu. Napríklad v AM rádiách používajú diódy jednosmernú vodivosť na extrakciu zvukových signálov a ich spojovacia kapacita (zvyčajne niekoľko pikofaradov) ovplyvňuje vysoko-frekvenčnú odozvu. Preto je potrebné zvoliť vyhradenú diódu na detekciu (napríklad 1N34A).

3. Aplikácie frekvenčnej konverzie a miešania
Vo vysoko{0}}frekvenčných obvodoch umožňujú nelineárne charakteristiky diód konverziu frekvencie. V mixéri môže dvojitá vyvážená štruktúra pozostávajúca z dvoch diód zmiešať vstupný signál so signálom lokálneho oscilátora, aby sa vytvoril medzifrekvenčný signál. Prechodová kapacita a sériový odpor určujú účinnosť miešania a na zníženie parazitných parametrov je potrebné použiť diódy pre povrchovú montáž (napríklad séria HSMS-286x).

4, Porovnanie typických aplikačných scenárov
Funkčná dimenzia Aplikácia DC systému Aplikácia AC systému
Ochranná funkcia: ochrana proti spätnému chodu napájania, potlačenie prepätia induktora, filtrovanie EMI
Konverzia energie fotovoltaický článok MPPT riadenie, nabíjanie batérie AC-DC konverzia, pohon s premenlivou frekvenciou
Spracovanie signálu, regulácia napätia, konštrukcia logického hradla, detekcia a demodulácia, modulácia zmiešavania frekvencie
Medzi typické zariadenia patria Schottkyho diódy, Zenerove diódy, diódy rýchleho obnovenia a usmerňovacie diódy
5, Režimy zlyhania a systémové efekty
Porucha DC systému: riziko skratu a tepelného úniku
V DC systémoch môže porucha diódy (najmä tepelná porucha) spôsobiť trvalé skraty. Napríklad porucha voľnobežnej diódy vo fotovoltaickom invertore môže spôsobiť, že napätie DC zbernice sa priamo privedie na kolektor IGBT, čo vedie k explózii modulu. Tento typ poruchy vyžaduje dvojitú ochranu prostredníctvom odporov obmedzujúcich prúd (napríklad 0,1 Ω/5W) a poistiek.

Porucha komunikačného systému: skreslenie tvaru vlny a paralýza systému
V komunikačných systémoch môže degradácia parametrov diódy (napríklad predĺžený čas spätného zotavenia) spôsobiť skreslenie usmerneného tvaru vlny. V budiči motora, keď sa doba spätného zotavenia usmerňovacej diódy zvýši z 50 ns na 200 ns, harmonické skreslenie sa zvýši z 3 % na 12 %, čo spôsobí zosilnenie vibrácií motora. Tento typ poruchy vyžaduje prediktívnu údržbu prostredníctvom online monitorovania teploty prechodu diód (infračervená termografia).