Unitas.ru

Сантехника водопровод
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Светодиоды и фотодиоды: типы, режим работы, применение, основные технические характеристики и электрические параметры

Основная масса полупроводниковых радиокомпонентов в рабочих режимах оперирует электрической энергией, которая органами зрения не воспринимается. Тем не менее, существует целый кластер элементов, работающих с электромагнитными волнами видимого спектра. Это светодиоды и фотодиоды. Объединяющим их моментом является наличие полупроводникового p-n-перехода, благодаря чему эти радиодетали представляют собой обычный электрический вентиль. Однако в этом качестве свето- и фотодиоды практически никогда не используются. С их помощью решаются иные задачи. Рассмотрим эти радиоэлементы подробнее.

светодиод

Классификация

Диоды относятся к простым полупроводниковым радиоэлементам на основе p-n перехода. На рисунке представлено графическое обозначение наиболее распространенных типов этих устройств. Анод отмечен «+», катод – «-» (приведено для наглядности, в схемах для определения полярности достаточно графического обозначения).

Принятые обозначения диодов

Принятые обозначения

Типы диодов, указанные на рисунке:

  • А – выпрямительный;
  • B – стабилитрон;
  • С – варикап;
  • D – СВЧ-диод (высоковольтный);
  • E – обращенный диод;
  • F – туннельный;
  • G – светодиод;
  • H – фотодиод.

Теперь рассмотрим способы проверки для каждого из перечисленных видов.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания.

Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор

Рис. 1. Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор.

Как видим из схемы, ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники.

Читайте так же:
Cvb32005 уменьшить ток подсветки

Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

  • красный — 1,8. 2В;
  • зеленый и желтый — 2. 2,4В;
  • белые и синие — 3. 3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод , падение напряжения на нем — 3В.

Производим расчет напряжения на гасящем резисторе:

Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 3В = 2В.

Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт).

Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).

Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 2В = 3В.

R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.

P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

RFC-диоды серии X с мягким восстановлением

Компания «Мицубиси Электрик» анонсировала выпуск линейки диодных модулей на базе чипов серии X c мягкой характеристикой восстановления. Кристаллы диодов серии X уже используются в составе IGBT-модулей той же серии, где показывают высокие эксплуатационные характеристики, такие как:

  • широкая область безопасной работы (RRSOA);
  • мягкая [2] характеристика восстановления даже в условиях высокой индуктивности;
  • высокая стойкость к ударным токам и показатель I 2 t;
  • высокий номинальный рабочий ток;
  • низкие статические и динамические потери;
  • допустимая температура +150 °С в рабочем режиме для всех классов напряжений.
Читайте так же:
Розетка для сетевого кабеля как подключать

Новая линейка диодов имеет классическую для высоковольтных модулей конструкцию корпусов размерами 130×140 мм. На рис. 5 показан диодный модуль на 6,5 кВ.

Внешний вид и схема диодного модуля 6,5 кВ, 1000 А (RM1000DG-130XA)

Рис. 5. Внешний вид и схема диодного модуля 6,5 кВ, 1000 А (RM1000DG-130XA)

Особенность RFC-диодов состоит в том, что в их структуре имеются дополнительные участки с р- и n+-проводимостью со стороны катода (рис. 6), которые смягчают процесс восстановления диода и тем самым улучшают его стойкость к повышенным нагрузкам. Также мягкое восстановление диода уменьшает уровень ЭМП. Изначально технология RFC была предложена в [3] и получала планомерные улучшения [4–6].

Полупроводниковая структура RFC-диода

Рис. 6. Полупроводниковая структура RFC-диода

На рис. 7 видно падение напряжения на диодах для модулей 6500 В в двух различных сериях. Фиолетовая линия показывает зависимость для 600-А модуля предыдущего поколения, красная — 1000-А модуль серии X. Видно, что падение напряжения на диоде, а следовательно, и статические потери были существенно снижены. Это позволят увеличить номинальную мощность преобразователя, повысить КПД, улучшить массогабаритные показатели.

Сравнение падения напряжения в 6,5-кВ чипе серии X (RM1000DG-130XA) с предыдущим поколением при Tj = +25 °C

Рис. 7. Сравнение падения напряжения в 6,5-кВ чипе серии X (RM1000DG-130XA) с предыдущим поколением при Tj = +25 °C

Помимо сниженных статических потерь, была также увеличена стойкость диодов серии X к сверхтокам, которая определяется характеристикой I 2 t. Суть данного теста заключается в том, что через диод пропускается полуволна синусоидального тока, имеющая амплитудное значение, существенно превышающее его номинальный ток. При этом в описании на диод обычно приводится пиковое значение либо интеграл квадрата тока. Способность диода противостоять сверхтокам необходима в случае возникновения короткого замыкания в преобразователе.

Сравнение максимального пикового тока RFC-диодов серии X на 4500 В с предыдущими сериями демонстрирует существенное улучшение данных характеристик. Так, показатели пикового импульсного тока и I 2 t выросли на 38% и 129% соответственно (таблица).

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Сечение провода по диаметру для света
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector