整流二极管技术及在各领域的应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
产业与科技论坛 2011 年第 10 卷第 23 期
整流二极管技术及在各领域的应用
□孙娜琳 孙雅姝 李 柬
【摘
要】 本文简要介绍了整流二极管的技术 ， 在汽车工业领域的我国车用整流二极管的发展状况和应用 ， 在太阳能新能源领 域太阳能电池保护的作用 ， 以及未来在其他领域的发展和应用 。
【关键词】 汽车工业； 太阳能； 整流二极管； 整流桥； 正向导通； 反向电流 【作者单位】 孙娜琳、 孙雅姝， 通用半导体（ 中国） 有限公司； 李柬， 天津光电集团有限公司
一、 整流二极管简介 整流二极管是一种半导体器件 ， 它能将交流电能转变为 直流电能。通常它包含一个 PN 结， 有阳极和阴极两个端子 （ 如图 1 ） 。它的载流区组成有空穴 ， 电子， 位垒。空穴区相对 电子区为正的电压时， 位垒降低， 位垒两侧附近产生储存载 流子， 能通过大电流， 具有低的电压降 （ 典型值为 0． 7V ） ， 称 为正向导通状态。 若加相反的电压， 使位垒增加， 可承受高 流过很小的反向电流 （ 称反向漏电流 ） ， 称为反 的反向电压， 向阻断状态。 整流二极管具有明显的单向导电性 ， 整流二极管可用半 反向 导体锗或硅等材料制造 。硅整流二极管的击穿电压高 ， 漏电流小， 高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用 高纯单晶硅制造（ 掺杂较多时容易反向击穿 ） 。 这种器件的 能通过较大电流 （ 可达上千安 ） ， 但工作频率不 结面积较大， 高， 一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半 波整流电路， 如需达到全波整流需连成整流桥使用 。
·70·
Industrial & Science Tribune 2011.（10）.23
产业与科技论坛 2011 年第 10 卷第 23 期
……” “即使考虑到当前经济衰退的影响 ， （ 最迟 ） 2010 增长率 年开始， 我国汽车行业也必将进入下个黄金 10 年的高速增 ” 长期。
［1 ］
“光起电力” 起的 转换。成品太阳能电池板的输出接线盒中 ， 在正负极间反向串接若干个整流二极管用做光伏太阳能电 造成 池保护，其目的就是为防止太阳能电池个别被遮挡时 ， 因为得不到光照（ 不发电 ） 而成为负载， 产生严重发热受损， 保护系统不致被意外高压击穿 、 损坏系统元器件。2011 年 1 月 20 日 Vishay 推出 4 款提供 eSMP 表面贴装和轴向引线封 扩大其用于太阳能电池旁路应用的 TMBS？ 装选项的新器件， Trench MOS 势垒肖特基整流器。新的整流器可在低压、 高频 逆变器和太阳能电池接线盒中实现更高的电流密度 。 五、 整流二极管在其他行业的应用及展望 整流二极管除了在上述行业的应用外 ， 在家用电子领域 有着更广泛的应用， 现在销售火爆的 iPhone 4s 手机和 Pad 中 都应用了 Vishay 的最小尺寸的整流二极管 Micro － SMP 系列 产品。市场上通常意义的小家电 ， 例如： 液晶电视、 冰箱、 洗 DVD 播放器等的电源部分广泛应用 电饭煲、 平板电脑、 衣机、 整流二极管。 在未来整流二极管将更多的应用于太阳能电池板和变 频器、 风车和智能电网、 无线充电、 混合动力和存电动力、 用 于启动停止的直流 / 直流转换器等新兴能源产业或新型产品 方面。 【参考文献】 1. 中国内燃机工业协会电机电器分会 ． 中国汽车工业仍处 10 年黄金期［ J］ ． 协会通讯， 2008 ， 4： 9 2. 陈炳炎． 未来 20 年将是中国汽车零部件企业创新发展阶 J］ ． 汽车电器信息， 2009 ， 4 ： 22 段［
内部结构
图1 二、 整流二极管的特性
外部结构
选用整流二极管时， 主要应考虑其反向峰来自百度文库电压 、 最大 最大反向工作电流、 截止频率及反向恢复时间等 整流电流、 If = 1A， 1N4001 常用的整流二 参数， 其特性参数： Vrm ≥50v， 有颜色一端表示负极。 极管： 例如 1N4001 ， 整流二极管的交流和直流电阻为 ： 正向直流电阻 Rf = Vf / If = （ Vf / Is） exp（ － qVf / mkT） 整流二极管的整流比为 ： 直流整流比 Rr / Rf = （ Vr / Vf） exp（ qVf / mkT） 交流整流比 rr / rf = （ If / Is） exp（ qVf / mkT） 正向交流电阻 rf = dVf / dIf = mkT / qIf 反向直流电阻 Rr = Vr / Ir = Vr / Is 反向交流电阻 rr = dVr / dIr = （ mkT / qIf） exp（ qVr / mkT） Vr 和 Ir 分 式中的 Vf 和 If 分别是正向电压和正向电流 ， 图2 中国汽车工业发展阶段 ， 正如中国内燃机工业协会电机 《协会通讯》 ： “从千人汽车保有量、 电器分会 所指出 千人汽车 中国汽车 销量和汽车与平均 GDP 的相对价格等各方面来看 ， 工业发展阶段， 与日本 1960 年代初期和韩国 1980 年代中期 相当。日本和韩国在其汽车工业发展初期以后 ， 经历了 10 年的高速发展， 汽车销量年度复合增长率到 20． 9% 和 22． 2% ……中国汽车工业也将在 10 年内保持 15% 以上的年度复合
Is 是反向饱和电流 （ 忽略了复合 别是反向电压和反向电流 ， m 是理想因子（ m = 1 ～ 2 ） 。 中心的产生电流） ， 直流整流比和交流整流比分别与正向电压和反向电压 在一定的正偏电 有着很大的关系。并且只要电压不是太低 ， p － n 结的交流电阻 rf 总将小于其相应的直流电阻 Rf。 压下， 正向直流电阻改写为 rf = （ mkT / qIf） ln（ If / Is） = rf ln（ If / Is） ． p － n 结的直流电 在正偏电压和相应的正向电流一定时 ， 阻要远大于相应的交流电阻 （ Rf 比 rf 大 ln（ Jf / Js） 倍） ， 即p－ n 结的正向直流电导远小于正向交流电导 。 当然， 对于反偏 反向直流电阻则远小于反向交流电阻 。 的 p － n 结， 三、 整流二极管在汽车领域的应用 中国汽车工业经过数年快速发展， 今年汽车总销量已跃 汽车上使用整流二极管的地方越来越多， 居世界第一。现今， 几乎所有带电源的电子部件都要使用到整流二极管（ 如图 2 ） ， 这也促使我国的整流二极管制造和研发技术的不断发展。
整流二极管技术及在各领域的应用
□孙娜琳 孙雅姝 李 柬
【摘
要】 本文简要介绍了整流二极管的技术 ， 在汽车工业领域的我国车用整流二极管的发展状况和应用 ， 在太阳能新能源领 域太阳能电池保护的作用 ， 以及未来在其他领域的发展和应用 。
【关键词】 汽车工业； 太阳能； 整流二极管； 整流桥； 正向导通； 反向电流 【作者单位】 孙娜琳、 孙雅姝， 通用半导体（ 中国） 有限公司； 李柬， 天津光电集团有限公司
一、 整流二极管简介 整流二极管是一种半导体器件 ， 它能将交流电能转变为 直流电能。通常它包含一个 PN 结， 有阳极和阴极两个端子 （ 如图 1 ） 。它的载流区组成有空穴 ， 电子， 位垒。空穴区相对 电子区为正的电压时， 位垒降低， 位垒两侧附近产生储存载 流子， 能通过大电流， 具有低的电压降 （ 典型值为 0． 7V ） ， 称 为正向导通状态。 若加相反的电压， 使位垒增加， 可承受高 流过很小的反向电流 （ 称反向漏电流 ） ， 称为反 的反向电压， 向阻断状态。 整流二极管具有明显的单向导电性 ， 整流二极管可用半 反向 导体锗或硅等材料制造 。硅整流二极管的击穿电压高 ， 漏电流小， 高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用 高纯单晶硅制造（ 掺杂较多时容易反向击穿 ） 。 这种器件的 能通过较大电流 （ 可达上千安 ） ， 但工作频率不 结面积较大， 高， 一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半 波整流电路， 如需达到全波整流需连成整流桥使用 。
·70·
Industrial & Science Tribune 2011.（10）.23
产业与科技论坛 2011 年第 10 卷第 23 期
……” “即使考虑到当前经济衰退的影响 ， （ 最迟 ） 2010 增长率 年开始， 我国汽车行业也必将进入下个黄金 10 年的高速增 ” 长期。
［1 ］
“光起电力” 起的 转换。成品太阳能电池板的输出接线盒中 ， 在正负极间反向串接若干个整流二极管用做光伏太阳能电 造成 池保护，其目的就是为防止太阳能电池个别被遮挡时 ， 因为得不到光照（ 不发电 ） 而成为负载， 产生严重发热受损， 保护系统不致被意外高压击穿 、 损坏系统元器件。2011 年 1 月 20 日 Vishay 推出 4 款提供 eSMP 表面贴装和轴向引线封 扩大其用于太阳能电池旁路应用的 TMBS？ 装选项的新器件， Trench MOS 势垒肖特基整流器。新的整流器可在低压、 高频 逆变器和太阳能电池接线盒中实现更高的电流密度 。 五、 整流二极管在其他行业的应用及展望 整流二极管除了在上述行业的应用外 ， 在家用电子领域 有着更广泛的应用， 现在销售火爆的 iPhone 4s 手机和 Pad 中 都应用了 Vishay 的最小尺寸的整流二极管 Micro － SMP 系列 产品。市场上通常意义的小家电 ， 例如： 液晶电视、 冰箱、 洗 DVD 播放器等的电源部分广泛应用 电饭煲、 平板电脑、 衣机、 整流二极管。 在未来整流二极管将更多的应用于太阳能电池板和变 频器、 风车和智能电网、 无线充电、 混合动力和存电动力、 用 于启动停止的直流 / 直流转换器等新兴能源产业或新型产品 方面。 【参考文献】 1. 中国内燃机工业协会电机电器分会 ． 中国汽车工业仍处 10 年黄金期［ J］ ． 协会通讯， 2008 ， 4： 9 2. 陈炳炎． 未来 20 年将是中国汽车零部件企业创新发展阶 J］ ． 汽车电器信息， 2009 ， 4 ： 22 段［
内部结构
图1 二、 整流二极管的特性
外部结构
选用整流二极管时， 主要应考虑其反向峰来自百度文库电压 、 最大 最大反向工作电流、 截止频率及反向恢复时间等 整流电流、 If = 1A， 1N4001 常用的整流二 参数， 其特性参数： Vrm ≥50v， 有颜色一端表示负极。 极管： 例如 1N4001 ， 整流二极管的交流和直流电阻为 ： 正向直流电阻 Rf = Vf / If = （ Vf / Is） exp（ － qVf / mkT） 整流二极管的整流比为 ： 直流整流比 Rr / Rf = （ Vr / Vf） exp（ qVf / mkT） 交流整流比 rr / rf = （ If / Is） exp（ qVf / mkT） 正向交流电阻 rf = dVf / dIf = mkT / qIf 反向直流电阻 Rr = Vr / Ir = Vr / Is 反向交流电阻 rr = dVr / dIr = （ mkT / qIf） exp（ qVr / mkT） Vr 和 Ir 分 式中的 Vf 和 If 分别是正向电压和正向电流 ， 图2 中国汽车工业发展阶段 ， 正如中国内燃机工业协会电机 《协会通讯》 ： “从千人汽车保有量、 电器分会 所指出 千人汽车 中国汽车 销量和汽车与平均 GDP 的相对价格等各方面来看 ， 工业发展阶段， 与日本 1960 年代初期和韩国 1980 年代中期 相当。日本和韩国在其汽车工业发展初期以后 ， 经历了 10 年的高速发展， 汽车销量年度复合增长率到 20． 9% 和 22． 2% ……中国汽车工业也将在 10 年内保持 15% 以上的年度复合
Is 是反向饱和电流 （ 忽略了复合 别是反向电压和反向电流 ， m 是理想因子（ m = 1 ～ 2 ） 。 中心的产生电流） ， 直流整流比和交流整流比分别与正向电压和反向电压 在一定的正偏电 有着很大的关系。并且只要电压不是太低 ， p － n 结的交流电阻 rf 总将小于其相应的直流电阻 Rf。 压下， 正向直流电阻改写为 rf = （ mkT / qIf） ln（ If / Is） = rf ln（ If / Is） ． p － n 结的直流电 在正偏电压和相应的正向电流一定时 ， 阻要远大于相应的交流电阻 （ Rf 比 rf 大 ln（ Jf / Js） 倍） ， 即p－ n 结的正向直流电导远小于正向交流电导 。 当然， 对于反偏 反向直流电阻则远小于反向交流电阻 。 的 p － n 结， 三、 整流二极管在汽车领域的应用 中国汽车工业经过数年快速发展， 今年汽车总销量已跃 汽车上使用整流二极管的地方越来越多， 居世界第一。现今， 几乎所有带电源的电子部件都要使用到整流二极管（ 如图 2 ） ， 这也促使我国的整流二极管制造和研发技术的不断发展。