Najlepsza odpowiedź
Powszechnie stosowanym zastosowaniem tej funkcji i ogólnie diod jest konwersja napięcia przemiennego (AC) na ciągłe napięcie (DC). Innymi słowy, prostowanie.
Ale małe diody sygnałowe mogą być również używane jako prostowniki w prostownikach lub aplikacjach o małej mocy i niskim prądzie (mniej niż 1 amper), ale gdzie większe prądy polaryzacji do przodu lub wyższe prądy wsteczne w przypadku napięć blokujących polaryzację, złącze PN małej diody sygnałowej w końcu przegrzeje się i stopi, więc zamiast tego stosowane są większe, solidniejsze diody mocy.
Półprzewodnikowa dioda mocy, znana po prostu jako dioda mocy, ma dużo większy obszar złącza PN w porównaniu z jego mniejszym kuzynem diody sygnałowej, co skutkuje wysokimi prądami przewodzenia do kilkuset amperów (KA) i odwrotnym napięciem blokującym do kilku tysięcy woltów (KV).
Ponieważ dioda mocy ma duże złącze PN, nie nadaje się do zastosowań o wysokiej częstotliwości powyżej 1 MHz, ale dostępne są specjalne i drogie diody wysokoprądowe o wysokiej częstotliwości. W zastosowaniach prostowników wysokiej częstotliwości diody Schottkyego są zwykle używane ze względu na ich krótki czas powrotu do tyłu i niski spadek napięcia w ich stanie polaryzacji do przodu.
Diody mocy zapewniają niekontrolowane prostowanie mocy i są używane w zastosowaniach takich jak ładowanie baterii i zasilacze DC oraz prostowniki i falowniki AC. Ze względu na ich wysoką charakterystykę prądową i napięciową mogą być również używane jako diody jednokierunkowe i sieci tłumiące.
Diody mocy są zaprojektowane tak, aby miały rezystancję „włączenia” do przodu o wartości ułamków Ohm, podczas gdy ich odwrotne blokowanie rezystancja mieści się w zakresie megaomów. Niektóre z diod mocy o większej wartości są zaprojektowane tak, aby były „montowane na kołkach” na radiatorach, zmniejszając ich opór cieplny do od 0,1 do 1 ° C / W.
Jeśli napięcie przemienne jest przyłożone do diody mocy, w połowie cyklu dioda przewodzi przepływający prąd, a podczas ujemnej połowy cyklu dioda nie będzie przewodzić, blokując przepływ prądu. Następnie przewodzenie przez diodę mocy występuje tylko podczas dodatniego półokresu i dlatego jest jednokierunkowe, tj. DC, jak pokazano.
Prostownik diodowy
prostownik diodowy mocy
Moc diody mogą być używane pojedynczo, jak powyżej, lub łączone razem w celu wytworzenia różnych obwodów prostowniczych, takich jak „półfala”, „pełna fala” lub „prostowniki mostkowe”. Każdy typ obwodu prostownika można sklasyfikować jako niekontrolowany, w połowie sterowany lub w pełni kontrolowany, w którym niekontrolowany prostownik wykorzystuje tylko diody mocy, w pełni sterowany prostownik wykorzystuje tyrystory (SCR), a półsterowany prostownik jest mieszanką zarówno diod, jak i tyrystorów.
Najczęściej używaną pojedynczą diodą mocy w podstawowych zastosowaniach elektronicznych jest dioda prostownicza ogólnego przeznaczenia 1N400x typu szklana pasywowana ze standardowymi wartościami znamionowymi ciągłego prostowanego prądu do przodu wynoszącego 1,0 A i napięcia blokowania wstecznego od 50 V dla 1N4001 do 1000 V dla 1N4007, przy czym mały 1N4007GP jest najpopularniejszym do prostowania napięcia sieciowego ogólnego przeznaczenia.
Prostowanie półfalowe
Prostownik to obwód, który przekształca prąd przemienny ( AC) na moc wyjściową prądu stałego (DC). Zasilacz wejściowy może być jednofazowy lub wielofazowy, przy czym najprostszym ze wszystkich obwodów prostownika jest obwód prostownika półokresowego.
Dioda mocy w obwodzie prostownika półokresowego przechodzi tylko połowa każdego pełnego przebiegu sinusoidalnego zasilania AC w celu przekształcenia go w zasilanie DC. Wtedy ten typ obwodu nazywany jest prostownikiem „półfalowym”, ponieważ przepuszcza tylko połowę przychodzącego źródła zasilania AC, jak pokazano poniżej.
Obwód prostownika półfalowego
półfala obwód prostownika
Podczas każdego „dodatniego” półokresu sinusoidy prądu przemiennego dioda jest spolaryzowana do przodu, ponieważ anoda jest dodatnia względem katody, co powoduje przepływ prądu przez diodę.
Ponieważ obciążenie DC jest rezystancyjne (rezystor, R), prąd płynący przez rezystor obciążenia jest zatem proporcjonalny do napięcia (prawo Ohma), a zatem napięcie na rezystorze obciążenia będzie takie samo jak napięcie zasilania , Vs (minus Vf), czyli napięcie „DC” na obciążeniu jest sinusoidalne tylko w pierwszej połowie cyklu, więc Vout = Vs.
Podczas każdego „ujemnego” półcyklu sinusoidalnego przebiegu wejściowego AC dioda jest spolaryzowana odwrotnie, ponieważ anoda jest ujemna w stosunku do katody. Dlatego prąd NIE przepływa przez diodę lub obwód. Wtedy w ujemnym półcyklu zasilania prąd nie płynie w rezystorze obciążenia, ponieważ nie pojawia się na nim napięcie, więc Vout = 0
Prąd po stronie DC obwodu płynie w jednym kierunku tylko czyniąc obwód jednokierunkowy.Ponieważ rezystor obciążający odbiera z diody dodatnią połowę przebiegu, zero woltów, dodatnią połowę przebiegu, zero woltów itp., Wartość tego nieregularnego napięcia byłaby równa wartości równoważnego napięciu stałemu 0,318 x Vmax wejściowego przebiegu sinusoidalnego lub 0,45 x Vrms wejściowego przebiegu sinusoidalnego.
Następnie równoważne napięcie DC, VDC na rezystorze obciążenia jest obliczane w następujący sposób.
Przebieg prostownika półfalowego
wyprostowane równanie napięcia prądu stałego
Gdzie Vmax to maksymalna lub szczytowa wartość napięcia zasilania sinusoidalnego prądu przemiennego, a VS to RMS (średnia kwadratowa) zasilania.
Przykład diody mocy nr 1
Obliczyć napięcie między VDC i prądem IDC, przepływającym przez rezystor 100Ω podłączony do jednofazowego prostownika półfalowego 240 Vrms, jak pokazano powyżej. Oblicz także moc prądu stałego pobieranego przez obciążenie.
Równanie prądu diod mocy
Podczas procesu prostowania wypadkowe napięcie wyjściowe DC i prąd są zatem zarówno „włączone”, jak i „wyłączone” podczas w każdym cyklu. Ponieważ napięcie na rezystorze obciążenia jest obecne tylko podczas dodatniej połowy cyklu (50\% przebiegu wejściowego), powoduje to niską średnią wartość prądu stałego dostarczaną do obciążenia.
Wahania wyprostowany przebieg wyjściowy między tym stanem „WŁ.” i „WYŁ.” wytwarza przebieg, który ma duże ilości „tętnień”, co jest cechą niepożądaną. Wynikowe tętnienie DC ma częstotliwość równą częstotliwości zasilania AC.
Bardzo często podczas prostowania napięcia przemiennego chcemy wytworzyć „stałe” i ciągłe napięcie DC wolne od jakichkolwiek zmian napięcia lub marszczyć. Jednym ze sposobów jest podłączenie kondensatora o dużej wartości między zaciskami napięcia wyjściowego równolegle z rezystorem obciążenia, jak pokazano poniżej. Ten typ kondensatora jest powszechnie znany jako „zbiornik” lub kondensator wygładzający.
Prostownik półfalowy z kondensatorem wygładzającym
dioda mocy z kondensatorem wygładzającym
Kiedy prostowanie służy do zapewnienia zasilania napięciem stałym (DC) ze źródła przemiennego (AC), ilość napięcia tętnienia można dodatkowo zmniejszyć, stosując kondensatory o większej wartości, ale istnieją ograniczenia zarówno pod względem kosztu, jak i rozmiaru dla typów kondensatorów wygładzających
Dla danej wartości kondensatora, większy prąd obciążenia (mniejsza rezystancja obciążenia) spowoduje szybsze rozładowanie kondensatora (stała czasowa RC), zwiększając w ten sposób uzyskane tętnienie. Następnie w przypadku jednofazowego obwodu prostownika półfalowego z diodą mocy próba zmniejszenia napięcia tętnienia przez samo wygładzanie kondensatora nie jest zbyt praktyczna. W tym przypadku bardziej praktyczne byłoby użycie zamiast tego „prostowania pełnookresowego”.
W praktyce prostownik półokresowy jest najczęściej używany w zastosowaniach o małej mocy ze względu na ich główne wady. Amplituda wyjściowa jest mniejsza niż amplituda wejściowa, nie ma sygnału wyjściowego podczas ujemnego półcyklu, więc połowa mocy jest marnowana, a na wyjściu pulsuje prąd stały, co powoduje nadmierne tętnienia.
Aby przezwyciężyć te wady, szereg Dioda mocy jest połączona ze sobą, aby wytworzyć prostownik pełnookresowy, jak omówiono w następnym samouczku.
Odpowiedź
Dioda mocy to krystaliczne urządzenie półprzewodnikowe używane głównie do konwersji prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC), proces znany jako prostowanie. Znajdująca się w obwodach zasilania praktycznie wszystkich współczesnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych, dioda mocy pełni funkcję podobną do mechanicznego zaworu jednokierunkowego. Przewodzi prąd elektryczny z minimalnym oporem w jednym kierunku, zwanym kierunkiem do przodu, zapobiegając przepływowi prądu w przeciwnym kierunku. Zwykle zdolne do przepuszczenia nawet kilkuset amperów do przodu, diody mocy mają znacznie większe złącza PN, a tym samym większą obciążalność prądową przewodzenia niż ich mniejsze odpowiedniki diod sygnałowych stosowane w elektronice użytkowej do regulacji i redukcji To sprawia, że diody mocy lepiej nadają się do zastosowań, w których występują większe prądy i wyższe napięcia.