Migliore risposta
Unapplicazione ampiamente utilizzata di questa funzione e dei diodi in generale è la conversione di una tensione alternata (CA) in una continua tensione (DC). In altre parole, rettifica.
Ma piccoli diodi di segnale possono anche essere usati come raddrizzatori in raddrizzatori o applicazioni a bassa potenza e bassa corrente (meno di 1 amp), ma dove correnti di polarizzazione diretta più grandi o inverse più elevate sono coinvolte tensioni di blocco della polarizzazione la giunzione PN di un piccolo diodo di segnale alla fine si surriscalderebbe e si fonderebbe, quindi vengono utilizzati diodi di potenza più grandi e robusti.
Il diodo semiconduttore di potenza, noto semplicemente come diodo di potenza, ha molto area di giunzione PN più ampia rispetto al suo cugino diodo di segnale più piccolo, con conseguente capacità di corrente diretta elevata fino a diverse centinaia di ampere (KA) e una tensione di blocco inversa fino a diverse migliaia di volt (KV).
Poiché il diodo di potenza ha una grande giunzione PN, non è adatto per applicazioni ad alta frequenza superiori a 1 MHz, ma sono disponibili diodi speciali e costosi ad alta frequenza e alta corrente. Per le applicazioni con raddrizzatori ad alta frequenza, i diodi Schottky vengono generalmente utilizzati a causa del loro breve tempo di ripristino inverso e della bassa caduta di tensione nella condizione di polarizzazione diretta.
I diodi di potenza forniscono una rettifica incontrollata della potenza e sono utilizzati in applicazioni come la ricarica della batteria e alimentatori CC, nonché raddrizzatori e inverter CA. A causa delle loro caratteristiche di corrente e tensione elevate possono essere utilizzati anche come diodi a ruota libera e reti snubber.
I diodi di potenza sono progettati per avere una resistenza “ON” diretta di frazioni di un Ohm mentre il loro blocco inverso la resistenza è nella gamma dei mega-ohm. Alcuni dei diodi di potenza di valore maggiore sono progettati per essere “montati a perno” su dissipatori di calore riducendo la loro resistenza termica tra 0,1 e 1oC / Watt.
Se una tensione alternata viene applicata a un diodo di potenza, durante il positivo a metà ciclo il diodo condurrà la corrente passante e durante il semiciclo negativo il diodo non condurrà bloccando il flusso di corrente. Quindi la conduzione attraverso il diodo di potenza avviene solo durante il semiciclo positivo ed è quindi unidirezionale, ovvero CC, come mostrato.
Raddrizzatore a diodi di potenza
Raddrizzatore a diodi di potenza
i diodi possono essere usati individualmente come sopra o collegati insieme per produrre una varietà di circuiti raddrizzatori come “Half-Wave”, “Full-Wave” o come “Bridge Rectifiers”. Ogni tipo di circuito raddrizzatore può essere classificato come non controllato, semicontrollato o completamente controllato dove un raddrizzatore incontrollato utilizza solo diodi di potenza, un raddrizzatore completamente controllato utilizza tiristori (SCR) e un raddrizzatore semicontrollato è una miscela di diodi e tiristori.
Il diodo di potenza individuale più comunemente usato per applicazioni elettroniche di base è il diodo raddrizzatore di tipo passivato in vetro serie 1N400x per uso generale con valori nominali standard di corrente raddrizzata diretta continua di 1,0 amp e tensioni di blocco inverse da 50 V per 1N4001 fino a 1000 V per 1N4007, con il piccolo 1N4007GP che è il più popolare per la rettifica della tensione di rete per uso generale.
Rettifica a mezza onda
Un raddrizzatore è un circuito che converte la corrente alternata ( AC) potenza di ingresso in una potenza di uscita in corrente continua (CC). Lalimentatore di ingresso può essere un alimentatore monofase o multifase con il più semplice di tutti i circuiti raddrizzatori essendo quello del raddrizzatore a semionda.
Il diodo di potenza in un circuito raddrizzatore a semionda passa solo la metà di ciascuna onda sinusoidale completa dellalimentazione CA per convertirla in unalimentazione CC. Quindi questo tipo di circuito è chiamato raddrizzatore a “semionda” perché fa passare solo metà dellalimentazione CA in ingresso come mostrato di seguito.
Circuito raddrizzatore a mezza onda
semionda circuito raddrizzatore
Durante ogni semiciclo “positivo” dellonda sinusoidale CA, il diodo è polarizzato in avanti poiché lanodo è positivo rispetto al catodo, con conseguente flusso di corrente attraverso il diodo.
Poiché il carico CC è resistivo (resistenza, R), la corrente che scorre nel resistore di carico è quindi proporzionale alla tensione (legge di Ohm), e la tensione attraverso la resistenza di carico sarà quindi la stessa della tensione di alimentazione , Vs (meno Vf), ovvero la tensione “CC” ai capi del carico è sinusoidale solo per il primo semiciclo quindi Vout = Vs.
Durante ogni semiciclo “negativo” della forma donda di ingresso sinusoidale CA , il diodo è polarizzato inversamente poiché lanodo è negativo rispetto al catodo. Pertanto, NESSUNA corrente scorre attraverso il diodo o il circuito. Quindi, nel semiciclo negativo dellalimentazione, nessuna corrente scorre nel resistore di carico poiché non appare alcuna tensione, quindi Vout = 0.
La corrente sul lato CC del circuito scorre in una direzione solo rendendo il circuito unidirezionale.Poiché il resistore di carico riceve dal diodo una metà positiva della forma donda, zero volt, una metà positiva della forma donda, zero volt, ecc., Il valore di questa tensione irregolare sarebbe uguale a una tensione CC equivalente di 0,318 x Vmax della forma donda sinusoidale di ingresso o 0,45 x Vrms della forma donda sinusoidale di ingresso.
Quindi la tensione CC equivalente, VDC sul resistore di carico viene calcolata come segue.
forma donda del raddrizzatore a semionda
equazione della tensione CC rettificata
Dove Vmax è il valore della tensione massima o di picco dellalimentazione sinusoidale CA e VS è il valore RMS (Root Mean Squared) dellalimentazione.
Esempio di diodo di potenza No1
Calcola la tensione tra VDC e IDC di corrente, che scorre attraverso un resistore da 100 Ω collegato a un raddrizzatore a semionda monofase da 240 Vrms come mostrato sopra. Calcolare anche la potenza CC consumata dal carico.
equazione della corrente dei diodi di potenza
Durante il processo di rettifica la tensione e la corrente CC in uscita risultanti sono quindi sia “ON” che “OFF” durante ogni ciclo. Poiché la tensione ai capi del resistore di carico è presente solo durante la metà positiva del ciclo (50\% della forma donda di ingresso), il carico viene fornito con un valore CC medio basso.
La variazione di la forma donda in uscita rettificata tra questa condizione “ON” e “OFF” produce una forma donda che ha grandi quantità di “ondulazione” che è una caratteristica indesiderabile. Il ripple DC risultante ha una frequenza che è uguale a quella della frequenza di alimentazione AC.
Molto spesso quando si rettifica una tensione alternata si desidera produrre una tensione DC “costante” e continua esente da qualsiasi variazione di tensione o ondulazione. Un modo per farlo è collegare un condensatore di grande valore attraverso i terminali della tensione di uscita in parallelo con il resistore di carico come mostrato di seguito. Questo tipo di condensatore è comunemente noto come “serbatoio” o condensatore levigante.
Raddrizzatore a semionda con condensatore levigante
diodo di potenza con condensatore levigante
Quando la rettifica viene utilizzata per fornire unalimentazione a tensione continua (CC) da una sorgente alternata (CA), la quantità di tensione di ondulazione può essere ulteriormente ridotta utilizzando condensatori di valore maggiore, ma ci sono limiti sia sul costo che sulle dimensioni per i tipi di condensatori di livellamento utilizzato.
Per un dato valore di condensatore, una maggiore corrente di carico (minore resistenza di carico) scaricherà il condensatore più rapidamente (Costante di tempo RC) e quindi aumenta il ripple ottenuto. Quindi, per un circuito raddrizzatore a semionda monofase che utilizza un diodo di potenza, non è molto pratico cercare di ridurre la tensione di ondulazione mediante il solo livellamento del condensatore. In questo caso sarebbe più pratico utilizzare invece “Full-wave Rectification”.
In pratica, il raddrizzatore a semionda viene utilizzato più spesso in applicazioni a bassa potenza a causa dei loro principali svantaggi. Lampiezza di uscita è inferiore allampiezza di ingresso, non cè uscita durante il semiciclo negativo, quindi metà della potenza viene sprecata e luscita è pulsata CC con conseguente ondulazione eccessiva.
Per superare questi svantaggi, una serie di I diodi di potenza sono collegati insieme per produrre un raddrizzatore a onda intera come discusso nel prossimo tutorial.
Risposta
Un diodo di potenza è un dispositivo semiconduttore cristallino utilizzato principalmente per convertire la corrente alternata (CA) alla corrente continua (DC), un processo noto come rettifica. Presente nei circuiti di alimentazione di quasi tutte le apparecchiature elettriche ed elettroniche moderne, la funzione di un diodo di potenza è simile a una valvola unidirezionale meccanica. Conduce corrente elettrica con una resistenza minima in una direzione, nota come direzione in avanti, impedendo alla corrente di fluire nella direzione opposta. Tipicamente in grado di far passare fino a diverse centinaia di ampere in avanti, i diodi di potenza hanno giunzioni PN molto più grandi e quindi una capacità di trasporto di corrente diretta maggiore rispetto ai loro parenti di diodi di segnale più piccoli utilizzati nellelettronica di consumo per regolare e ridurre corrente. Ciò rende i diodi di potenza più adatti per applicazioni in cui sono coinvolte correnti e tensioni maggiori.