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快恢复二极管耗散功率怎么计算?

作者:海飞乐技术 时间:2017-04-01 14:26

  在线性条件下,导通的耗散功率计算比较简单,PD=I2R,或者PD=U2/R。在开关状态下,计算相对比较复杂。
  1.如果是常通或常闭状态下,用P=deltaU*I这个公式应该没问题。(常闭状态下公式里用反向漏电流)
  2.如果是处于开关状态,除导通、关断状态的损耗外,还要考虑开关过程的损耗。(因为不是理想开关,并且是功率器件,所以过程的损耗往往是不能忽略的。但这部分损耗也很难准确的计算,和很多因素有关,例如电流大小、温度、恢复时间等。)
  二极管的耗散功率与允许的节温有关,硅二极管允许的最大节温是150℃,而锗允许最大节温85℃。半导体工作温度是有限的,当实际的功率增大是,其节温也将变大,当节温达到150℃是,此时的功率就是最大的耗散功率。当然,耗散功率与封装大小也有一定的关系,通常封装大点的器件,其最大耗散功率也相对大点,最常见的就是大功率器件拥有大体积,大面积的散热金属面。
  一个具体型号的二极管其耗散功率与测试条件有关,比如测试环境温度和散热条件。通常情况下,测试出来的最大耗散功率是在25℃下。随着环境温度的升高,其最大的耗散功率将减少,因为该条件下的导热温差变小,比如说在25℃下,某二极管耗散功率能达到1W,在75℃情况下,耗散功率可能变成0.4W。允许最大耗散功率与散热条件有关,散热条件越好,耗散功率越高,在同一环境温度下,耗散功率为1W,加了散热片之后,耗散功率可能变为1.7W。
表征散热措施的一个参数是热阻。热阻反映阻止热量传递能力的综合参量。热阻跟电子学里的电阻类似,都是反映“阻止能力”大小的参考量。热阻越小,传热能力越强;反之,热阻越大,传热能力越小。从类比的角度来看,热量相当于电流,温差相当于电压,热阻相当于电阻。其中,热阻Rja:芯片的热源结到周围冷却空气的总热阻,其单位是℃/W,表示在1W下,导热两端的温差。
 
  下面我们以肖特基二极管1N4448(快恢复二极管计算也是一样的)为例。
  1N4448HWS热特性参数
1N4448HWS热特性参数
  从中可知,其耗散功率PD=200mW,热阻为625℃/W,其中这两个量是环境温度25℃,焊在FR-4材质 PCB条件下测试的,如手册说明Part mounted on FR-4 PC board with recommended layout 。
耗散功率与环境温度有关,温度越大,耗散功率越小,1N4448HWS耗散功率与环境温度关系如下:
1N4448HWS耗散功率与环境温度关系图
1N4448HWS耗散功率与环境温度关系图
  在0~25℃是,耗散功率恒为200mW,在25~150℃时,线性递减,到达150℃,耗散功率为0,在这个温度,硅管已经不能工作了。从这个表中,可以计算出热阻,为625℃/W。根据这个表,可得PD=- 图片7.jpg(TA-25)+0.2,(TA-≥25),根据这个公式,可计算出不同环境温度下最大的耗散功率。
在设计过程中,人们更关注器件工作时的温度,以确保在安全的工作范围。以1N4448HWS为例,在环境温度为25℃情况下,实际功率为100mW时,其温度为25+625*0.1=87.5℃,其能正常工作;当实际功率为200mW时,其温度为25+625*0.2=150℃,这时候已经达到节温的最大温度了,比较危险,应当避免。
二极管的传热方面,主要考虑PD和热阻Rja,前者是最大耗散功率,实际工作不能超过这个数值,后者是传热阻力参量,放映不同二极管的传热能力。在使用二极管时,不但要考虑正向电流、反向耐压和开关时间,还要多考虑耗散功率。



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