二極管為什么不適合串聯(lián)、并聯(lián)？
發(fā)布日期:2022-06-26
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大家都知道，電阻可以用來(lái)串聯(lián)，也可以用來(lái)并聯(lián)。
那么，二極管適合串聯(lián)和并聯(lián)嗎？
二極管串聯(lián)
二極管串聯(lián)時(shí)，需要注意靜態(tài)截止電壓和動(dòng)態(tài)截止電壓的對(duì)稱分布。
在靜態(tài)時(shí)，由于串聯(lián)各元件的截止漏電流具有不同的制造偏差，導(dǎo)致具有最小漏電流的元件承受了最大的電壓，甚至達(dá)到擎住狀態(tài)。但只要元件具有足夠的擎住穩(wěn)定性，則無(wú)必要在線路中采用均壓電阻。只有當(dāng)截止電壓大于1200V的元件串聯(lián)時(shí)，一般來(lái)說才有必要外加一個(gè)并聯(lián)電阻。
假設(shè)截止漏電流不隨電壓變化，同時(shí)忽略電阻的誤差，則對(duì)于n個(gè)具有給定截止電壓VR的二極管的串聯(lián)電路，我們可以得到一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算電阻的公式：
式（1.15）中，Vm是串聯(lián)電路中電壓的最大值，△Ir是二極管漏電流的最大偏差，條件是運(yùn)行溫度為最大值。
我們可以做一個(gè)安全的假設(shè)：
式（1.16）中，Irm是由制造商所給定的。
利用以上估計(jì)，電阻中的電流大約是二極管漏電流的六倍。
經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)流經(jīng)電阻的電流約為最大截止電壓下二極管漏電流的三倍時(shí)，該電阻值便是足夠的。但即使在此條件下，電阻中仍會(huì)出現(xiàn)可觀的損耗。
原則上，動(dòng)態(tài)的電壓分布不同于靜態(tài)的電壓分布。如果一個(gè)二極管pn結(jié)的載流子小時(shí)得比另外一個(gè)要快，那么它也就更早地承受電壓。
如果忽略電容的偏差，那么在n個(gè)給定截止電壓值Vr的二極管相串聯(lián)時(shí)，我們可以采用一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算并聯(lián)電容的方法：
式（1.17）中，△QRR是二極管存儲(chǔ)電量的最大偏差。
我們可以做一個(gè)充分安全的假設(shè)：
條件是所有的二極管均出自同一個(gè)制造批號(hào)?！鱍RR由半導(dǎo)體制造商所給出。除了續(xù)流二極管關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)的存儲(chǔ)電量之外，在電容中存儲(chǔ)的電量也同樣需要由正在開通的IGBT來(lái)接替。根據(jù)上述設(shè)計(jì)公式，我們發(fā)現(xiàn)總的存儲(chǔ)電量值可能會(huì)達(dá)到單個(gè)二極管的存儲(chǔ)電量的兩倍。
一般來(lái)說，續(xù)流二極管的串聯(lián)電流并不多見，原因是存在下列附件的損耗源：
pn結(jié)的n重?cái)U(kuò)散電壓；
并聯(lián)電阻中的損耗；
需要由IGBT接替的附加存儲(chǔ)電量；
由RC電路而導(dǎo)致的元件的增加。
所以在高截止電壓的二極管可以被采用時(shí)，一般不采用串聯(lián)方案。
唯一的例外是，當(dāng)應(yīng)用電路要求很短的開關(guān)時(shí)間和很低的存儲(chǔ)電量時(shí)，這兩點(diǎn)正好是低耐壓二極管所具備的。當(dāng)然此時(shí)系統(tǒng)的通態(tài)損耗也會(huì)大大增加。
極管并聯(lián)
二極管并聯(lián)，并不需要附加的RC緩沖電路。重要的是在并聯(lián)時(shí)通態(tài)電壓的偏差應(yīng)盡可能小。
判斷一個(gè)二極管是否適合并聯(lián)的重要參數(shù)是其通態(tài)電壓對(duì)溫度的依賴性。如果通態(tài)電壓隨溫度的增加而下降，則它具有負(fù)的溫度系數(shù)。對(duì)于損耗來(lái)說，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
如果通態(tài)電壓隨溫度的增加而增加，則溫度系數(shù)為正。
在典型的并聯(lián)應(yīng)用中，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其原因在于，較熱的二極管將承受較低電流，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定。因?yàn)槎O管總是存在一定的制造偏差，所以在二極管并聯(lián)時(shí)，一個(gè)較大的負(fù)溫度系數(shù)（＞2mV/K）則有可能產(chǎn)生溫升失衡的危險(xiǎn)。
并聯(lián)的二極管會(huì)產(chǎn)生熱耦合：
在多個(gè)芯片并聯(lián)的模塊中通過基片；
在多個(gè)模塊并聯(lián)于一塊散熱片時(shí)通過散熱器。
一般對(duì)于較弱的負(fù)溫度系數(shù)來(lái)說，這類熱偶合足以避免具有最低通態(tài)電壓的二極管走向溫度失衡。但對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)值＞2mM/K的二極管，則建議降額使用，即總的額定電流應(yīng)當(dāng)小于各二極管額定電流的總和。
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