Какви са различните функции на диодите в DC и AC системи?

一, Разлики във физическите механизми: двупосочна адаптация на еднопосочна проводимост
Основната характеристика на диода идва от еднопосочната проводимост на PN прехода: той провежда, когато е предубеден (със съпротивление от около десетки ома) и се изключва, когато е предубеден в обратна посока (със съпротивление от мегаома). Тази функция трябва да бъде функционално адаптирана чрез различни методи в DC и AC системи.

DC система: статично еднопосочно управление
В система с постоянен ток диодите са в стабилно еднопосочно проводящо или прекъсващо състояние. Например, в DC шината на фотоволтаичен инвертор, паралелните свободни диоди продължават да провеждат, когато IGBT е изключен, осигурявайки свободен път за тока на индуктора. Неговото съпротивление при постоянен ток (спад на напрежението в права посока от около 0,7 V) определя загубата на мощност, докато времето за обратно възстановяване (обикновено ниво на наносекунда) има относително малко влияние при сценарии с постоянен ток.

Комуникационна система: динамично превключване на цикъла
В комуникационните системи диодите трябва бързо да превключват състоянието си на проводимост между положителните и отрицателните полупериоди от 50Hz/60Hz. Вземайки схемата на мостов токоизправител като пример, четири диода провеждат алтернативно, за да преобразуват променлив ток в пулсиращ постоянен ток. В този момент променливотоковото съпротивление на диода (което варира в зависимост от честотата) и времето за обратно възстановяване (което влияе върху загубите на висока-честота) стават ключови параметри. Например диоди за бързо възстановяване (обратно време за възстановяване<50ns) can reduce conduction losses by 15% in high-frequency switching power supplies.

2, Основни функции в DC системи
1. Защита на полярността и обратна изолация
Във входния край на захранването с постоянен ток последователно свързан диод може да предотврати обръщането на захранването. Когато полярността е обърната, диодът се подлага на обратно напрежение и се изключва, като се избягва последваща повреда на веригата. Например, зарядното за кола използва диод 1N4007 (обратно издържано напрежение 1000V), който може да издържи на преходно високо напрежение, когато батерията на автомобила е обърната.

2. Продължаващ поток и освобождаване на енергия
В верига с индуктивен товар диодите осигуряват свободен ход за тока на индуктора. В драйвера на двигателя свободният диод провежда, когато IGBT е изключен, за да предотврати проникването на обратната електродвижеща сила на индуктора в тръбата на превключвателя. Неговите характеристики на обратно възстановяване влияят пряко върху ефективността на системата: обикновените диоди имат време за обратно възстановяване от около 200ns, докато диодите на Шотки (без процес на обратно възстановяване) могат да подобрят ефективността с 3% -5%.

3. Стабилизиране на напрежението и затягане на напрежението
Ценеровите диоди постигат прецизно регулиране на напрежението в постояннотокови системи. Например, 5,1 V ценеров диод, свързан паралелно в 12 V DC захранване, може да стабилизира изходното напрежение при 5,1 V ± 5%. Динамичното съпротивление (обикновено няколко ома) определя точността на стабилизиране на напрежението, докато способността за разсейване на мощността (като 1W, 5W опаковка) определя сценария на приложение.

3, Основни функции в комуникационните системи
1. Коригиране и преобразуване на формата на вълната
Коригирането е основната функция на диодите в променливотокови системи. В полувълнова изправителна верига един диод преобразува променлив ток в пулсиращ постоянен ток с ефективност от приблизително 40,6%; Ефективността на веригата за изправяне на пълна вълна (централен трансформатор + два диода) е подобрена до 81,2%; Веригата на мостовия токоизправител (четири диода) постига пълно вълново изправяне без необходимост от централен кран, превръщайки се в основното решение.

2. Детекция и демодулация на сигнала
При безжичната комуникация диодите постигат-откриване на високочестотен сигнал. Например в AM радиостанциите диодите използват еднопосочна проводимост за извличане на аудиосигнали и техният капацитет на свързване (обикновено няколко пикофарада) влияе върху високо-честотния отговор. Следователно трябва да бъде избран специален диод за откриване (като 1N34A).

3. Приложения за преобразуване на честота и смесване
Във високо{0}}честотните вериги нелинейните характеристики на диодите позволяват честотно преобразуване. В миксер двойна балансирана структура, състояща се от два диода, може да смеси входния сигнал със сигнала на локалния осцилатор, за да генерира сигнал с междинна честота. Капацитетът на прехода и серийното съпротивление определят ефективността на смесване и трябва да се използват диоди за повърхностен монтаж (като серията HSMS-286x) за намаляване на паразитните параметри.

4, Сравнение на типични сценарии за приложение
Функционално измерение Приложение на DC система Приложение на AC система
Функция за защита: защита срещу обратна мощност, потискане на индуктивното напрежение, EMI филтриране
Фотоволтаична клетка MPPT за преобразуване на енергия, зареждане на батерията AC-DC преобразуване, задвижване с променлива честота
Обработка на сигнали, регулиране на напрежението, конструиране на логическа врата, детекция и демодулация, модулация на честотно смесване
Типичните устройства включват диоди на Шотки, ценерови диоди, диоди за бързо възстановяване и токоизправителни диоди
5, Режими на отказ и системни ефекти
Неизправност на системата за постоянен ток: риск от късо съединение и термично изтичане
В системи с постоянен ток повредата на диода (особено термичната повреда) може да причини постоянно късо съединение. Например, повредата на свободния диод във фотоволтаичен инвертор може да доведе до директно прилагане на напрежението на DC шината към IGBT колектора, което води до експлозия на модула. Този тип повреда изисква двойна защита чрез токоограничаващи резистори (като 0,1 Ω/5W) и предпазители.

Повреда на комуникационната система: изкривяване на формата на вълната и парализа на системата
В комуникационните системи влошаването на параметрите на диода (като удължено време за обратно възстановяване) може да причини изкривяване на коригираната форма на вълната. В драйвера на двигателя, когато времето за обратно възстановяване на токоизправителния диод се увеличи от 50ns на 200ns, хармоничното изкривяване се увеличава от 3% на 12%, което води до засилване на вибрациите на двигателя. Този тип повреда изисква предсказуема поддръжка чрез онлайн наблюдение на температурата на диодния преход (инфрачервена термография).