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解決方案News
為何二極管不適合并聯?串聯為何還要均壓?
2019.08.10

串聯

二極管在串聯時,需要注意靜態截止電壓和動態截止電壓的對稱分布。

在靜態時,由于串聯各元件的截止漏電流具有不同的制造偏差,導致具有最小漏電流的元件承受了最大的電壓,甚至達到擎住狀態。但只要元件具有足夠的擎住穩定性,則無必要在線路中采用均壓電阻。只有當截止電壓大于1200V的元件串聯時,一般來說才有必要外加一個并聯電阻。

假設截止漏電流不隨電壓變化,同時忽略電阻的誤差,則對于n個具有給定截止電壓VR的二極管的串聯電路,我們可以得到一個簡化的計算電阻的公式:

以上Vm是串聯電路中電壓的最大值,△Ir是二極管漏電流的最大偏差,條件是運行溫度為最大值。我們可以做一個安全的假設:

上式中,Irm是由制造商所給定的。利用以上估計,電阻中的電流大約是二極管漏電流的六倍。

經驗表明,當流經電阻的電流約為最大截止電壓下二極管漏電流的三倍時,該電阻值便是足夠的。但即使在此條件下,電阻中仍會出現可觀的損耗。

原則上,動態的電壓分布不同于靜態的電壓分布。如果一個二極管pn結的載流子小時得比另外一個要快,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個給定截止電壓值Vr的二極管相串聯時,我們可以采用一個簡化的計算并聯電容的方法:

以上△QRR是二極管存儲電量的最大偏差。我們可以做一個充分安全的假設:

條件是所有的二極管均出自同一個制造批號。△QRR由半導體制造商所給出。除了續流二極管關斷時出現的存儲電量之外,在電容中存儲的電量也同樣需要由正在開通的IGBT來接替。根據上述設計公式,我們發現總的存儲電量值可能會達到單個二極管的存儲電量的兩倍。

一般來說,續流二極管的串聯電流并不多見,原因還在于存在下列附件的損耗源:

1、pn結的n重擴散電壓;

2、并聯電阻中的損耗;

3,需要由IGBT接替的附加存儲電量

4、由RC電路而導致的元件的增加。

所以在高截止電壓的二極管可以被采用時,一般不采用串聯方案。

唯一的例外是當應用電路要求很短的開關時間和很低的存儲電量時,這兩點正好是低耐壓二極管所具備的。當然此時系統的通態損耗也會大大增加。

并聯

并聯并不需要附加的RC緩沖電路。重要的是在并聯時通態電壓的偏差應盡可能小。

一個判斷二極管是否適合并聯的重要參數是其通態電壓對溫度的依賴性。如果通態電壓隨溫度的增加而下降,則它具有負的溫度系數。對于損耗來說,這是一個優點。

如果通態電壓隨溫度的增加而增加,則溫度系數為正。

在典型的并聯應用中,這是一個優點,其原因在于,較熱的二極管將承受較低電流,從而導致系統的穩定。因為二極管總是存在一定的制造偏差,所以在二極管并聯時,一個較大的負溫度系數(>2mV/K)則有可能產生溫升失衡的危險。

并聯的二極管會產生熱耦合

1、在多個芯片并聯的模塊中通過基片;

2、在多個模塊并聯于一塊散熱片時通過散熱器

一般對于較弱的負溫度系數來說,這類熱偶合足以避免具有最低通態電壓的二極管走向溫度失衡。但對于負溫度系數值>2mM/K的二極管,我們則建議降額使用,即總的額定電流應當小于各二極管額定電流的總和。

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