Quines són les diferents funcions dels díodes en sistemes de corrent continu i alterna?

一, Diferències en els mecanismes físics: adaptació bidireccional de la conductivitat unidireccional
La característica bàsica d'un díode prové de la conductivitat unidireccional de la unió PN: condueix quan està polaritzat cap endavant (amb una resistència d'unes desenes d'ohms) i s'apaga quan està polaritzat inversament (amb una resistència de megaohms). Aquesta característica s'ha d'adaptar funcionalment mitjançant diferents mètodes en sistemes de CC i CA.

Sistema DC: control estàtic unidireccional
En un sistema de corrent continu, els díodes es troben en un estat de tall o de conducció unidireccional estable. Per exemple, al bus de corrent continu d'un inversor fotovoltaic, els díodes de roda lliure paral·lels continuen conduint quan s'apaga l'IGBT, proporcionant un camí de roda lliure per al corrent de l'inductor. La seva resistència de corrent continu (caiguda de tensió directa d'uns 0,7 V) determina la pèrdua de potència, mentre que el temps de recuperació inversa (normalment nivell de nanosegons) té un impacte relativament petit en escenaris de corrent continu.

Sistema de comunicació: commutació de cicle dinàmic
En els sistemes de comunicació, els díodes han de canviar ràpidament el seu estat de conducció entre els semicicles positius i negatius de 50Hz/60Hz. Prenent com a exemple el circuit rectificador del pont, quatre díodes condueixen alternativament per convertir l'energia de CA en potència de corrent continu pulsada. En aquest punt, la resistència de CA del díode (que varia amb la freqüència) i el temps de recuperació inversa (que afecta les pèrdues d'alta-freqüència) esdevenen paràmetres clau. Per exemple, díodes de recuperació ràpida (temps de recuperació inversa<50ns) can reduce conduction losses by 15% in high-frequency switching power supplies.

2, Funcions bàsiques en sistemes de corrent continu
1. Protecció de polaritat i aïllament invers
A l'extrem d'entrada de la font d'alimentació de CC, un díode connectat en sèrie pot evitar que la font d'alimentació s'inverteixi. Quan s'inverteix la polaritat, el díode està sotmès a tensió inversa i es talla, evitant danys posteriors al circuit. Per exemple, el carregador del cotxe utilitza un díode 1N4007 (tensió de resistència inversa 1000V), que pot suportar l'alta tensió transitòria quan la bateria del cotxe s'inverteix.

2. Continuació del flux i alliberament d'energia
En un circuit de càrrega inductiva, els díodes proporcionen un camí lliure per al corrent de l'inductor. Al controlador del motor, el díode de roda lliure condueix quan s'apaga l'IGBT per evitar que la força electromotriu posterior de l'inductor penetri al tub de l'interruptor. Les seves característiques de recuperació inversa afecten directament l'eficiència del sistema: els díodes ordinaris tenen un temps de recuperació inversa d'uns 200 ns, mentre que els díodes Schottky (sense procés de recuperació inversa) poden millorar l'eficiència en un 3% -5%.

3. Estabilització de tensió i fixació de tensió
Els díodes Zener aconsegueixen una regulació precisa de la tensió en sistemes de corrent continu. Per exemple, un díode Zener de 5,1 V connectat en paral·lel a una font d'alimentació de 12 V CC pot estabilitzar la tensió de sortida a 5,1 V ± 5%. La resistència dinàmica (normalment uns pocs ohms) determina la precisió de l'estabilització de la tensió, mentre que la capacitat de dissipació de potència (com ara l'embalatge d'1 W, 5 W) determina l'escenari d'aplicació.

3, Funcions bàsiques en sistemes de comunicació
1. Rectificació i conversió de formes d'ona
La rectificació és la funció fonamental dels díodes en els sistemes de CA. En un circuit de rectificació de mitja ona, un únic díode converteix el corrent altern en corrent continu pulsant, amb una eficiència d'aproximadament el 40,6%; L'eficiència del circuit de rectificació d'ona completa (transformador central + dos díodes) s'ha millorat fins al 81,2%; El circuit rectificador de pont (quatre díodes) aconsegueix la rectificació d'ona completa sense necessitat d'una aixeta central, convertint-se en la solució principal.

2. Detecció i demodulació del senyal
En la comunicació sense fils, els díodes aconsegueixen la detecció de senyals d'alta{0}}freqüència. Per exemple, a les ràdios AM, els díodes utilitzen conductivitat unidireccional per extreure senyals d'àudio i la seva capacitat d'unió (generalment uns quants picofarads) afecta la resposta d'alta-freqüència. Per tant, cal seleccionar un díode dedicat per a la detecció (com ara 1N34A).

3. Aplicacions de conversió i mescla de freqüència
En circuits d'alta-freqüència, les característiques no lineals dels díodes permeten la conversió de freqüència. En un mesclador, una estructura doble equilibrada que consta de dos díodes pot barrejar el senyal d'entrada amb el senyal de l'oscil·lador local per generar un senyal de freqüència intermèdia. La capacitat de la unió i la resistència de la sèrie determinen l'eficiència de la barreja i cal utilitzar díodes de muntatge superficial (com la sèrie HSMS-286x) per reduir els paràmetres paràsits.

4, Comparació d'escenaris d'aplicació típics
Dimensió funcional Aplicació del sistema de CC Aplicació del sistema de CA
Funció de protecció: protecció inversa de potència, supressió de sobretensió de l'inductor, filtratge EMI
Conversió d'energia Control MPPT de cèl·lules fotovoltaiques, càrrega de bateria AC-Conversió DC, variador de freqüència
Processament del senyal, regulació de tensió, construcció de portes lògiques, detecció i demodulació, modulació de barreja de freqüències
Els dispositius típics inclouen díodes Schottky, díodes Zener, díodes de recuperació ràpida i díodes rectificadors.
5, Modes de fallada i efectes del sistema
Falla del sistema de CC: risc de curtcircuit i embalatge tèrmic
En els sistemes de corrent continu, la ruptura del díode (especialment la ruptura tèrmica) pot provocar curtcircuits permanents. Per exemple, l'avaria del díode de roda lliure en un inversor fotovoltaic pot provocar que la tensió del bus de CC s'apliqui directament al col·lector IGBT, provocant l'explosió del mòdul. Aquest tipus de falla requereix una protecció dual mitjançant resistències limitadores de corrent (com ara 0,1 Ω/5W) i fusibles.

Falla del sistema de comunicació: distorsió de la forma d'ona i paràlisi del sistema
En els sistemes de comunicació, la degradació dels paràmetres del díode (com ara el temps prolongat de recuperació inversa) pot provocar una distorsió de la forma d'ona rectificada. Al controlador del motor, quan el temps de recuperació inversa del díode rectificador augmenta de 50ns a 200ns, la distorsió harmònica augmenta del 3% al 12%, fent que la vibració del motor s'intensifiqui. Aquest tipus d'avaria requereix un manteniment predictiu mitjançant la monitorització en línia de la temperatura d'unió dels díodes (termografia infraroja).