ベストアンサー
この機能とダイオードの一般的な用途として広く使用されているのは、交流電圧（AC）を連続電圧に変換することです。電圧（DC）。言い換えると、整流です。
ただし、小信号ダイオードは、低電力、低電流（1アンペア未満）の整流器またはアプリケーションで整流器として使用することもできますが、順方向バイアス電流が大きいか逆方向が大きい場合バイアスブロッキング電圧が関係している小信号ダイオードのPN接合は最終的に過熱して溶融するため、代わりに、より大きな、より堅牢なパワーダイオードが使用されます。
パワーダイオードは、単にパワーダイオードと呼ばれます。小さい信号ダイオードのいとこと比較してPN接合面積が大きいため、最大数百アンペア（KA）の高い順方向電流能力と、最大数千ボルト（KV）の逆方向ブロッキング電圧が得られます。
パワーダイオードはPN接合が大きいため、1MHzを超える高周波アプリケーションには適していませんが、特別で高価な高周波、高電流のダイオードを使用できます。高周波整流器のアプリケーションでは、逆回復時間が短く、順方向バイアス状態での電圧降下が小さいため、ショットキーダイオードが一般的に使用されます。
パワーダイオードは、制御されていない電力の整流を提供し、バッテリ充電などのアプリケーションで使用されます。およびDC電源、AC整流器およびインバーター。電流と電圧の特性が高いため、フリーホイールダイオードやスナバネットワークとしても使用できます。
パワーダイオードは、逆方向にブロッキングしながら、オームの数分の1の順方向「オン」抵抗を持つように設計されています。抵抗はメガオームの範囲です。値の大きいパワーダイオードの中には、ヒートシンクに「スタッドマウント」するように設計されているものがあり、熱抵抗を0.1〜1oC /ワットに低減します。
パワーダイオードに交流電圧が印加されている場合、正の間に半サイクルの間、ダイオードは交流を伝導し、負の半サイクルの間、ダイオードは電流の流れを遮断して伝導しません。次に、パワーダイオードを介した導通は正の半サイクル中にのみ発生するため、図のように単方向、つまりDCになります。
パワーダイオード整流器
パワーダイオード整流器
電力ダイオードは、上記のように個別に使用することも、一緒に接続して、「半波」、「全波」、「ブリッジ整流器」などのさまざまな整流回路を生成することもできます。各タイプの整流回路は、非制御、半制御、または完全制御のいずれかに分類できます。非制御整流器はパワーダイオードのみを使用し、完全制御整流器はサイリスター（SCR）を使用し、半制御整流器はダイオードとサイリストの両方を組み合わせたものです。
基本的な電子機器アプリケーションで最も一般的に使用される個別のパワーダイオードは、1.0アンペアの連続順方向整流電流の標準定格と1N4001の50vからの逆方向ブロッキング電圧定格を備えた汎用1N400xシリーズガラス不動態化タイプ整流ダイオードです。 1N4007では最大1000v、小型の1N4007GPは汎用主電源電圧整流に最も一般的です。
半波整流
整流器は交流電流を変換する回路です（ AC）入力電力を直流（DC）出力電力に。入力電源は、単相または多相電源のいずれかであり、すべての整流回路の中で最も単純なものは半波整流器のものです。
半波整流回路のパワーダイオードは通過します。 DC電源に変換するために、AC電源の各完全な正弦波の半分だけ。このタイプの回路は、以下に示すように、入力AC電源の半分しか通過しないため「半波」整流器と呼ばれます。
半波整流回路
半波整流回路
AC正弦波の「正の」半サイクルごとに、ダイオードは順方向にバイアスされます。これは、アノードがカソードに対して正であるため、ダイオードに電流が流れるためです。
DC負荷は抵抗性（抵抗、R）であるため、負荷抵抗に流れる電流は電圧に比例し（オームの法則）、負荷抵抗の両端の電圧は供給電圧と同じになります。 、Vs（マイナスVf）、つまり負荷両端の「DC」電圧は前半サイクルのみ正弦波であるため、Vout = Vsです。
AC正弦波入力波形の各「負」半サイクル中、ダイオードは、アノードがカソードに対して負であるため、逆バイアスされます。したがって、ダイオードや回路には電流が流れません。次に、電源の負の半サイクルでは、負荷抵抗に電圧が発生しないため、負荷抵抗に電流が流れないため、Vout = 0になります。
回路のDC側の電流は一方向に流れます。回路を単方向にするだけです。負荷抵抗がダイオードから波形の正の半分、ゼロボルト、波形の正の半分、ゼロボルトなどを受け取ると、この不規則な電圧の値は、0.318 xVmaxの等価DC電圧に等しくなります。入力正弦波波形の0.45xVrmsまたは入力正弦波波形の0.45xVrms。
次に、負荷抵抗の等価DC電圧VDCを次のように計算します。
半波整流器の波形
修正されたDC電圧方程式
ここで、VmaxはAC正弦波電源の最大またはピーク電圧値であり、VSは電源のRMS（二乗平均平方根）値です。
パワーダイオードの例No1
上記のように、240Vrmsの単相半波整流器に接続された100Ωの抵抗を流れるVDCと電流IDCの両端の電圧を計算します。また、負荷によって消費されるDC電力も計算します。
パワーダイオードの電流方程式
したがって、整流プロセス中、結果として得られる出力DC電圧と電流は、「オン」と「オフ」の両方になります。すべてのサイクル。負荷抵抗の両端の電圧はサイクルの正の半分（入力波形の50％）にのみ存在するため、これにより、負荷に供給される平均DC値が低くなります。
この「オン」状態と「オフ」状態の間の整流された出力波形は、望ましくない特徴である大量の「リップル」を有する波形を生成します。結果として生じるDCリップルの周波数はAC電源周波数の周波数と同じです。
交流電圧を整流するときに、電圧変動のない「安定した」連続したDC電圧を生成したい場合がよくあります。波紋。これを行う1つの方法は、以下に示すように、負荷抵抗と並列に出力電圧端子間に大きな値のコンデンサを接続することです。このタイプのコンデンサは、一般に「リザーバ」またはスムージングコンデンサとして知られています。
スムージングコンデンサを備えた半波整流器
スムージングコンデンサを備えたパワーダイオード
整流は交流（AC）電源から直流（DC）電源を供給するために使用され、リップル電圧の量はより大きな値のコンデンサを使用することでさらに減らすことができますが、スムージングコンデンサのタイプにはコストとサイズの両方に制限があります
特定のコンデンサ値に対して、負荷電流が大きい（負荷抵抗が小さい）と、コンデンサがより速く放電され（RC時間定数）、得られるリップルが増加します。次に、パワーダイオードを使用した単相半波整流回路の場合、コンデンサの平滑化だけでリップル電圧を下げようとするのはあまり実用的ではありません。この場合、代わりに「全波整流」を使用する方が実用的です。
実際には、半波整流器は、主な欠点があるため、低電力アプリケーションで最も頻繁に使用されます。出力振幅は入力振幅よりも小さく、負の半サイクル中に出力がないため、電力の半分が無駄になり、出力はパルスDCになり、過剰なリップルが発生します。
これらの欠点を克服するために、次のチュートリアルで説明するように、パワーダイオードを接続して全波整流器を生成します。
回答
パワーダイオードは、主に交流（AC）を変換するために使用される結晶性半導体デバイスです。直流（DC）、整流として知られているプロセスに。事実上すべての現代の電気および電子機器の電源回路に見られるパワーダイオードの機能は、機械的な一方向弁に似ています。順方向と呼ばれる一方向に最小の抵抗で電流を伝導します。電流が反対方向に流れるのを防ぎます。通常、数百アンペアを順方向に流すことができるパワーダイオードは、PN接合がはるかに大きいため、家庭用電子機器で調整および削減に使用される小さい信号ダイオードに比べて、順方向電流容量が大きくなります。電流。これにより、パワーダイオードは、より大きな電流とより高い電圧が関係するアプリケーションにより適したものになります。