二極管可以作為電子開(kāi)關(guān)使用,利用其單向?qū)щ娦詠?lái)控制電路的通斷。在正向偏置時(shí)(陽(yáng)極電壓高于陰極),二極管導(dǎo)通,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合;而在反向偏置時(shí),二極管截止,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。這一特性被廣泛應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路、高頻信號(hào)切換以及自動(dòng)控制系統(tǒng)中。例如,在射頻(RF)電路中,二極管可用于天線切換,使設(shè)備在發(fā)送和接收信號(hào)時(shí)自動(dòng)選擇正確的路徑。此外,高速開(kāi)關(guān)二極管(如肖特基二極管)因其快速響應(yīng)能力,常用于計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的高頻電路中,確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。 高頻開(kāi)關(guān)下,二極管模塊的結(jié)電容(Cj)會(huì)引入額外損耗,需搭配 RC 緩沖電路抑制。阻尼二極管供應(yīng)
衛(wèi)星和航天器電子系統(tǒng)需承受宇宙射線和單粒子效應(yīng)(SEE)。特種二極管模塊采用寬禁帶材料(如SiC)和抗輻射加固工藝(如鈦合金屏蔽),確保在太空環(huán)境中穩(wěn)定工作。例如,太陽(yáng)翼電源調(diào)節(jié)器中,二極管模塊實(shí)現(xiàn)電池陣的隔離和分流,耐輻射劑量達(dá)100krad以上。模塊的金線鍵合和密封焊接工藝防止真空環(huán)境下的氣化失效。這類模塊通常需通過(guò)MIL-STD-883和ESCC認(rèn)證,成本雖高但關(guān)乎任務(wù)成敗,是航天級(jí)電源的重要部件。 中國(guó)澳門旋轉(zhuǎn)二極管快恢復(fù)二極管模塊(FRD)縮短反向恢復(fù)時(shí)間至納秒級(jí),適用于高頻開(kāi)關(guān)電源。
P型和N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體(一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體)摻入少量三價(jià)元素雜質(zhì),如硼等。
因硼原子只有三個(gè)價(jià)電子,它與周圍的硅原子形成共價(jià)鍵,因缺少一個(gè)電子,在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空位,當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子獲得能量時(shí)就有可能填補(bǔ)這個(gè)空位,使硼原子成了不能移動(dòng)的負(fù)離子,而原來(lái)的硅原子的共價(jià)鍵則因缺少一個(gè)電子,形成了空穴,但整個(gè)半導(dǎo)體仍呈中性。這種P型半導(dǎo)體中以空穴導(dǎo)電為主,空穴為多數(shù)載流子,自由電子為少數(shù)載流子。
N型半導(dǎo)體形成的原理和P型原理相似。在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)原子,如磷等。摻入后,它與硅原子形成共價(jià)鍵,產(chǎn)生了自由電子。在N型半導(dǎo)體中,電子為多數(shù)載流子,空穴為少數(shù)載流子。
因此,在本征半導(dǎo)體的兩個(gè)不同區(qū)域摻入三價(jià)和五價(jià)雜質(zhì)元素,便形成了P型區(qū)和N型區(qū),根據(jù)N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的特性,可知在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差異,電子和空穴都要從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴(kuò)散,它們的擴(kuò)散使原來(lái)交界處的電中性被破壞
二極管的主要原理就是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赑N結(jié)上加上引線和封裝就成了一個(gè)二極管。晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié),在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層,并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí),由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng),形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí),PN結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程,產(chǎn)生大量電子空穴對(duì),產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。 額定正向平均電流(IF)是二極管模塊的關(guān)鍵參數(shù),需匹配電路最大工作電流。
大電流二極管模塊(如300A整流模塊)通常采用多芯片并聯(lián)設(shè)計(jì),其均流能力取決于芯片參數(shù)匹配和封裝對(duì)稱性。模塊制造時(shí)會(huì)篩選正向壓降(Vf)偏差<2%的芯片,并通過(guò)銅排的星型拓?fù)洳季纸档图纳娮璨町悺@纾w凌的PrimePack模塊使用12個(gè)Si二極管芯片并聯(lián),每個(gè)芯片配備單獨(dú)綁定線,利用銅基板的低熱阻(0.1K/W)特性保持溫度均衡。動(dòng)態(tài)均流則依賴芯片的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)特性:當(dāng)某芯片電流偏大導(dǎo)致升溫時(shí),其Vf降低會(huì)自然抑制電流增長(zhǎng),這種自調(diào)節(jié)機(jī)制使模塊在10ms短時(shí)過(guò)載下仍能保持電流分布偏差<15%。 與分立二極管相比,模塊方案可減少 50% 以上的焊接點(diǎn),降低虛焊風(fēng)險(xiǎn)。合金型二極管咨詢
反向恢復(fù)電荷(Qrr)影響二極管模塊的開(kāi)關(guān)損耗,高頻應(yīng)用需優(yōu)先選擇 Qrr 低的型號(hào)。阻尼二極管供應(yīng)
智能二極管模塊的監(jiān)測(cè)原理新一代智能模塊(如ST的ACEPACK Smart Diode)集成溫度傳感器和電流檢測(cè)。其原理是在DBC基板上嵌入鉑電阻(Pt1000),通過(guò)ADC將溫度信號(hào)數(shù)字化(精度±1℃)。電流檢測(cè)則利用模塊引線框的寄生電阻(Rsense≈0.5mΩ),配合差分放大器提取mV級(jí)壓降。數(shù)據(jù)通過(guò)ISO-CLART隔離芯片傳輸至MCU,實(shí)現(xiàn)結(jié)溫預(yù)測(cè)和健康狀態(tài)(SOH)評(píng)估。某電動(dòng)汽車OBC模塊實(shí)測(cè)表明,該技術(shù)可使過(guò)溫保護(hù)響應(yīng)時(shí)間從秒級(jí)縮短至10ms,預(yù)防90%以上的熱失效故障。 阻尼二極管供應(yīng)