Wat zijn de verschillende functies van diodes in DC- en AC-systemen?

一, Verschillen in fysieke mechanismen: bidirectionele aanpassing van unidirectionele geleidbaarheid
Het kernkenmerk van een diode komt voort uit de unidirectionele geleidbaarheid van de PN-overgang: hij geleidt bij voorwaartse voorspanning (met een weerstand van ongeveer tientallen ohm) en schakelt uit bij omgekeerde voorspanning (met een weerstand van megaohm). Deze functie moet functioneel worden aangepast via verschillende methoden in DC- en AC-systemen.

DC-systeem: statische unidirectionele besturing
In een DC-systeem bevinden diodes zich in een stabiele unidirectionele geleidende of afgesneden toestand. In de DC-bus van een fotovoltaïsche omvormer blijven parallelle vrijloopdiodes bijvoorbeeld geleiden wanneer de IGBT is uitgeschakeld, waardoor een vrijlooppad voor de inductorstroom ontstaat. De DC-weerstand (voorwaartse spanningsval van ongeveer 0,7 V) bepaalt het vermogensverlies, terwijl de omgekeerde hersteltijd (meestal nanosecondenniveau) een relatief kleine impact heeft in DC-scenario's.

Communicatiesysteem: dynamische cyclusschakeling
In communicatiesystemen moeten diodes hun geleidingstoestand snel schakelen tussen de positieve en negatieve halve cycli van 50 Hz/60 Hz. Als we het bruggelijkrichtercircuit als voorbeeld nemen, geleiden vier diodes afwisselend om wisselstroom om te zetten in pulserende gelijkstroom. Op dit punt worden de AC-weerstand van de diode (die varieert met de frequentie) en de omgekeerde hersteltijd (die hoge frequentieverliezen beïnvloedt) belangrijke parameters. Bijvoorbeeld snelle hersteldiodes (omgekeerde hersteltijd).<50ns) can reduce conduction losses by 15% in high-frequency switching power supplies.

2, kernfuncties in DC-systemen
1. Polariteitsbescherming en omgekeerde isolatie
Aan het ingangseinde van de DC-voeding kan een in serie geschakelde diode voorkomen dat de voeding wordt omgekeerd. Wanneer de polariteit wordt omgekeerd, wordt de diode onderworpen aan sperspanning en uitgeschakeld, waardoor daaropvolgende schade aan het circuit wordt vermeden. De autolader maakt bijvoorbeeld gebruik van een 1N4007-diode (sperwaartse spanning 1000 V), die bestand is tegen de voorbijgaande hoge spanning wanneer de auto-accu wordt omgekeerd.

2. Voortzettingsstroom en energievrijgave
In een inductief belastingscircuit zorgen diodes voor een vrijlooppad voor de inductorstroom. In de motoraansturing geleidt de vrijloopdiode wanneer de IGBT wordt uitgeschakeld om te voorkomen dat de achterste elektromotorische kracht van de inductor de schakelbuis binnendringt. De kenmerken van het omgekeerde herstel hebben een directe invloed op de systeemefficiëntie: gewone diodes hebben een omgekeerde hersteltijd van ongeveer 200 ns, terwijl Schottky-diodes (zonder omgekeerd herstelproces) de efficiëntie met 3% -5% kunnen verbeteren.

3. Spanningsstabilisatie en spanningsklemming
Zenerdiodes zorgen voor een nauwkeurige spanningsregeling in gelijkstroomsystemen. Een zenerdiode van 5,1 V die parallel is aangesloten op een voeding van 12 V DC kan bijvoorbeeld de uitgangsspanning stabiliseren op 5,1 V ± 5%. De dynamische weerstand (meestal een paar ohm) bepaalt de nauwkeurigheid van de spanningsstabilisatie, terwijl het vermogensdissipatievermogen (zoals 1W, 5W-verpakking) het toepassingsscenario bepaalt.

3, kernfuncties in communicatiesystemen
1. Rectificatie en golfvormconversie
Rectificatie is de fundamentele functie van diodes in AC-systemen. In een halfgolf-gelijkrichtschakeling zet een enkele diode wisselstroom om in pulserende gelijkstroom, met een rendement van ongeveer 40,6%; De efficiëntie van het volledige golfgelijkrichtcircuit (middenaftakkingstransformator + twee diodes) is verbeterd tot 81,2%; Het bruggelijkrichtercircuit (vier diodes) bereikt volledige golfgelijkrichting zonder de noodzaak van een middenaftakking, waardoor het de reguliere oplossing wordt.

2. Detectie en signaaldemodulatie
Bij draadloze communicatie zorgen diodes voor hoogfrequente signaaldetectie. In AM-radio's gebruiken diodes bijvoorbeeld unidirectionele geleidbaarheid om audiosignalen te extraheren, en hun junctiecapaciteit (meestal een paar picofarads) beïnvloedt de hoge frequentierespons. Daarom moet een speciale diode voor detectie (zoals 1N34A) worden geselecteerd.

3. Frequentieomzetting en mengtoepassingen
In hoogfrequente circuits maken de niet-lineaire eigenschappen van diodes frequentieconversie mogelijk. In een mixer kan een dubbelgebalanceerde structuur bestaande uit twee diodes het ingangssignaal mengen met het lokale oscillatorsignaal om een ​​middenfrequentiesignaal te genereren. De junctiecapaciteit en serieweerstand bepalen de mengefficiëntie, en opbouwdiodes (zoals de HSMS-286x-serie) moeten worden gebruikt om parasitaire parameters te verminderen.

4, Vergelijking van typische toepassingsscenario's
Functionele afmetingen DC-systeemtoepassing AC-systeemtoepassing
Beveiligingsfunctie: bescherming tegen omkeren van de voeding, onderdrukking van spoelspanning, EMI-filtering
Energieconversie fotovoltaïsche cel MPPT-besturing, batterij opladen AC-DC-conversie, aandrijving met variabele frequentie
Signaalverwerking, spanningsregeling, logische poortconstructie, detectie en demodulatie, frequentiemengmodulatie
Typische apparaten zijn onder meer Schottky-diodes, Zener-diodes, snelhersteldiodes en gelijkrichterdiodes
5, Faalmodi en systeemeffecten
Storing DC-systeem: risico op kortsluiting en oververhitting
In DC-systemen kan het doorslaan van de diode (vooral thermische doorslag) permanente kortsluiting veroorzaken. Het defect raken van de vrijloopdiode in een fotovoltaïsche omvormer kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat de DC-busspanning rechtstreeks op de IGBT-collector wordt toegepast, wat tot een module-explosie leidt. Dit type fout vereist dubbele bescherming door middel van stroombegrenzende weerstanden (zoals 0,1 Ω/5W) en zekeringen.

Communicatiesysteemstoring: golfvormvervorming en systeemverlamming
In communicatiesystemen kan de verslechtering van diodeparameters (zoals langere omgekeerde hersteltijd) vervorming van de gelijkgerichte golfvorm veroorzaken. Wanneer in de motoraansturing de omgekeerde hersteltijd van de gelijkrichterdiode toeneemt van 50 ns naar 200 ns, neemt de harmonische vervorming toe van 3% naar 12%, waardoor de motortrilling toeneemt. Dit type fout vereist voorspellend onderhoud via online monitoring van de diode-junctietemperatuur (infraroodthermografie).