技術支招:如何避免二極管過載損壞
發布時間:2017-09-08 責任編輯:susan
【導讀】二極管作為一種基礎電子元器件,所有工程師都知道其具有單向導電性。根據半導體材料分類,可分為矽二極管和鍺二極管;根據據應用場合分類,可分為整流二極管、檢波二極管、開關二極管和穩壓二極管。不論怎麼分,二極管有一個參數十分重要,會直接影響到晶體管是否會因過載損壞。
耗散功率
耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM,shizhijingtiguancanshubianhuabuchaoguoguidingyunxuzhishidezuidajidianjihaosangonglv。shimouyishikedianwangyuanjianhuozhequanwangyougongshuruzonggonglvyuyougongshuchuzonggonglvdechazhi。zaixianxingtiaojianxia,daotongdehaosangonglvjisuanbijiaojiandan,PD=I2R,或者PD=U2/R;而在開關狀態下,計算相對比較複雜。
二極管的耗散功率與允許的節溫有關,矽二極管允許的最大節溫是150℃,而鍺允許最大節溫85℃。半導體工作溫度是有限的,當實際的功率增大是,其節溫也將變大,當節溫達到150℃shi,cishidegonglvjiushizuidadehaosangonglv。dangran,haosangonglvyufengzhuangdaxiaoyeyouyidingdeguanxi,tongchangfengzhuangdadiandeqijian,qizuidahaosangonglvyexiangduidadian,zuichangjiandejiushidagonglvqijianyongyoudatiji,damianjidesanrejinshumian。

一個具體型號的二極管其耗散功率與測試條件有關,比如測試環境溫度和散熱條件。通常情況下,測試出來的最大耗散功率是在25℃下。隨著環境溫度的升高,其最大的耗散功率將減少,因為該條件下的導熱溫差變小,比如說在25℃下,某二極管耗散功率能達到1W,在75℃情況下,耗散功率可能變成0.4W。允許最大耗散功率與散熱條件有關,散熱條件越好,耗散功率越高,在同一環境溫度下,耗散功率為1W,加了散熱片之後,耗散功率可能變為1.7W。
表征散熱措施的一個參數是熱阻。熱阻反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。熱阻跟電子學裏的電阻類似,都是反映“阻止能力”大小的參考量。熱阻越小,傳熱能力越強;反之,熱阻越大,傳熱能力越小。從類比的角度來看,熱量相當於電流,溫差相當於電壓,熱阻相當於電阻。其中,熱阻Rja:芯片的熱源結到周圍冷卻空氣的總熱阻,其單位是℃/W,表示在1W下,導熱兩端的溫差。
以1N4448HWS為例,查看其手機手冊,可知其熱特性如下:

從中可知,其耗散功率PD=200mW,熱阻為625℃/W,其中這兩個量是環境溫度25℃,焊在FR-4材質 PCB條件下測試的,如手冊說明Part mounted on FR-4 PC board with recommended layout 。
耗散功率與環境溫度有關,溫度越大,耗散功率越小,1N4448HWS耗散功率與環境溫度關係如下:

在0~25℃是,耗散功率恒為200mW,在25~150℃時,線性遞減,到達150℃,耗散功率為0,在這個溫度,矽管已經不能工作了。從這個表中,可以計算出熱阻,其線性部分斜率倒數:
|1/k|=Rja=(150-25)/0.2=625℃/W
根據這個表,可得:
PD=-1/625(TA-25)+0.2,(TA-≥25)
根據這個公式,可計算出不同環境溫度下最大的耗散功率。
在設計過程中,人們更關注器件工作時的溫度,以確保在安全的工作範圍。以1N4448HWS為例,在環境溫度為25℃情況下,實際功率為100mW時,其溫度為25+625*0.1=87.5℃,其能正常工作;當實際功率為200mW時,其溫度為25+625*0.2=150℃,這時候已經達到節溫的最大溫度了,比較危險,應當避免。
二極管的傳熱方麵,主要考慮PD和熱阻Rja,前(qian)者(zhe)是(shi)最(zui)大(da)耗(hao)散(san)功(gong)率(lv),實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)不(bu)能(neng)超(chao)過(guo)這(zhe)個(ge)數(shu)值(zhi),後(hou)者(zhe)是(shi)傳(chuan)熱(re)阻(zu)力(li)參(can)量(liang),放(fang)映(ying)不(bu)同(tong)二(er)極(ji)管(guan)的(de)傳(chuan)熱(re)能(neng)力(li)。在(zai)使(shi)用(yong)二(er)極(ji)管(guan)時(shi),不(bu)但(dan)要(yao)考(kao)慮(lv)正(zheng)向(xiang)電(dian)流(liu)、反向耐壓和開關時間,還應該考慮到耗散功率。
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