ไดโอดในระบบ DC และ AC มีหน้าที่ต่างกันอย่างไร

ประการหนึ่ง ความแตกต่างในกลไกทางกายภาพ: การปรับตัวแบบสองทิศทางของการนำไฟฟ้าทิศทางเดียว
คุณลักษณะหลักของไดโอดมาจากการนำไฟฟ้าในทิศทางเดียวของจุดเชื่อมต่อ PN: โดยจะนำไฟฟ้าเมื่อมีไบอัสไปข้างหน้า (ที่มีความต้านทานประมาณสิบโอห์ม) และปิดเมื่อมีไบอัสย้อนกลับ (ที่มีความต้านทานเมกะโอห์ม) คุณลักษณะนี้จำเป็นต้องได้รับการปรับตามฟังก์ชันด้วยวิธีการต่างๆ ในระบบ DC และ AC

ระบบ DC: การควบคุมทิศทางเดียวแบบคงที่
ในระบบไฟฟ้ากระแสตรง ไดโอดอยู่ในสถานะการนำหรือตัดกระแสทิศทางเดียวที่เสถียร ตัวอย่างเช่น ในบัส DC ของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ไดโอดอิสระแบบขนานจะยังคงทำงานต่อไปเมื่อ IGBT ถูกปิด ทำให้เกิดเส้นทางอิสระสำหรับกระแสเหนี่ยวนำ ความต้านทาน DC (แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าประมาณ 0.7V) จะกำหนดการสูญเสียพลังงาน ในขณะที่ระยะเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ (โดยปกติคือระดับนาโนวินาที) มีผลกระทบค่อนข้างน้อยในสถานการณ์ DC

ระบบสื่อสาร: การสลับวงจรแบบไดนามิก
ในระบบการสื่อสาร ไดโอดจำเป็นต้องเปลี่ยนสถานะการนำไฟฟ้าอย่างรวดเร็วระหว่างครึ่งรอบด้านบวกและด้านลบที่ 50Hz/60Hz ยกตัวอย่างวงจรเรียงกระแสบริดจ์ ไดโอดสี่ตัวดำเนินการสลับกันเพื่อแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC แบบพัลซิ่ง ณ จุดนี้ ความต้านทาน AC ของไดโอด (ซึ่งแปรผันตามความถี่) และเวลาฟื้นตัวแบบย้อนกลับ (ซึ่งส่งผลต่อการสูญเสียความถี่สูง-) จะกลายเป็นพารามิเตอร์หลัก ตัวอย่างเช่น ไดโอดฟื้นตัวเร็ว (เวลาฟื้นตัวแบบย้อนกลับ)<50ns) can reduce conduction losses by 15% in high-frequency switching power supplies.

2 ฟังก์ชั่นหลักในระบบ DC
1. การป้องกันขั้วและการแยกแบบย้อนกลับ
ที่ปลายอินพุตของแหล่งจ่ายไฟ DC ไดโอดที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสามารถป้องกันไม่ให้แหล่งจ่ายไฟกลับด้าน เมื่อกลับขั้ว ไดโอดจะถูกจ่ายแรงดันย้อนกลับและตัดออก เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้วงจรเสียหายตามมา ตัวอย่างเช่น ที่ชาร์จในรถยนต์ใช้ไดโอด 1N4007 (ทนต่อแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับ 1000V) ซึ่งสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงชั่วคราวได้เมื่อแบตเตอรี่รถยนต์กลับด้าน

2. การไหลต่อเนื่องและการปล่อยพลังงาน
ในวงจรโหลดแบบเหนี่ยวนำ ไดโอดจะให้เส้นทางอิสระสำหรับกระแสไฟเหนี่ยวนำ ในไดรเวอร์มอเตอร์ ไดโอดอิสระจะทำงานเมื่อปิด IGBT เพื่อป้องกันไม่ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังของตัวเหนี่ยวนำเจาะเข้าไปในท่อสวิตช์ คุณลักษณะการกู้คืนแบบย้อนกลับส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของระบบ: ไดโอดธรรมดามีเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับประมาณ 200ns ในขณะที่ไดโอด Schottky (ไม่มีกระบวนการกู้คืนแบบย้อนกลับ) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ 3% -5%

3. เสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าและการหนีบแรงดันไฟฟ้า
ซีเนอร์ไดโอดให้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าในระบบ DC ที่แม่นยำ ตัวอย่างเช่น ซีเนอร์ไดโอด 5.1V ที่เชื่อมต่อแบบขนานในแหล่งจ่ายไฟ 12V DC สามารถทำให้แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตคงที่ที่ 5.1V ± 5% ความต้านทานแบบไดนามิก (โดยปกติคือสองสามโอห์ม) จะกำหนดความแม่นยำของเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่ความสามารถในการกระจายพลังงาน (เช่น บรรจุภัณฑ์ 1W, 5W) จะกำหนดสถานการณ์การใช้งาน

3 หน้าที่หลักในระบบสื่อสาร
1. การแก้ไขและการแปลงรูปคลื่น
การแก้ไขเป็นหน้าที่พื้นฐานของไดโอดในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ ในวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น ไดโอดตัวเดียวจะแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่ง โดยมีประสิทธิภาพประมาณ 40.6% ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (หม้อแปลงแทปกลาง + ไดโอดสองตัว) ได้รับการปรับปรุงเป็น 81.2% วงจรเรียงกระแสบริดจ์ (ไดโอดสี่ตัว) สามารถแก้ไขคลื่นเต็มคลื่นได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้ก๊อกตรงกลาง กลายเป็นโซลูชันกระแสหลัก

2. การตรวจจับและดีโมดูเลชั่นสัญญาณ
ในการสื่อสารไร้สาย ไดโอดบรรลุการตรวจจับสัญญาณความถี่สูง- ตัวอย่างเช่น ในวิทยุ AM ไดโอดใช้การนำไฟฟ้าทิศทางเดียวเพื่อแยกสัญญาณเสียง และความจุของจุดเชื่อมต่อ (โดยปกติคือพิโคฟารัดสองสามค่า) ส่งผลต่อการตอบสนองความถี่สูง- ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกไดโอดเฉพาะสำหรับการตรวจจับ (เช่น 1N34A)

3. การแปลงความถี่และแอปพลิเคชั่นการผสม
ในวงจรความถี่สูง- คุณลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของไดโอดทำให้สามารถแปลงความถี่ได้ ในเครื่องผสม โครงสร้างแบบสมดุลสองเท่าที่ประกอบด้วยไดโอดสองตัวสามารถผสมสัญญาณอินพุตกับสัญญาณออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่เพื่อสร้างสัญญาณความถี่กลาง ความจุของจุดเชื่อมต่อและความต้านทานของซีรีย์จะกำหนดประสิทธิภาพในการผสม และจำเป็นต้องใช้ไดโอดยึดบนพื้นผิว (เช่น ซีรีย์ HSMS-286x) เพื่อลดพารามิเตอร์ของปรสิต

4 การเปรียบเทียบสถานการณ์การใช้งานทั่วไป
มิติการทำงาน การใช้งานระบบ DC การใช้งานระบบ AC
ฟังก์ชั่นการป้องกัน: การป้องกันไฟย้อนกลับ, การลดแรงดันไฟกระชากของตัวเหนี่ยวนำ, การกรอง EMI
การแปลงพลังงานเซลล์แสงอาทิตย์ การควบคุม MPPT, การชาร์จแบตเตอรี่ AC- การแปลง DC, ไดรฟ์ความถี่แปรผัน
การประมวลผลสัญญาณ การควบคุมแรงดันไฟฟ้า การสร้างลอจิกเกต การตรวจจับและดีโมดูเลชัน การมอดูเลตแบบผสมความถี่
อุปกรณ์ทั่วไปได้แก่ ไดโอดชอตกี ไดโอดซีเนอร์ ไดโอดฟื้นตัวเร็ว และไดโอดเรียงกระแส
5, โหมดความล้มเหลวและผลกระทบของระบบ
ความล้มเหลวของระบบ DC: ความเสี่ยงของการลัดวงจรและการระบายความร้อน
ในระบบ DC การสลายตัวของไดโอด (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสลายตัวของความร้อน) อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรถาวร ตัวอย่างเช่น การพังทลายของไดโอดแบบหมุนอิสระในอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อาจทำให้แรงดัน DC บัสถูกนำไปใช้กับตัวสะสม IGBT โดยตรง ส่งผลให้เกิดการระเบิดของโมดูล ข้อผิดพลาดประเภทนี้จำเป็นต้องมีการป้องกันแบบคู่ผ่านตัวต้านทานจำกัดกระแส (เช่น 0.1 Ω/5W) และฟิวส์

ระบบการสื่อสารล้มเหลว: การบิดเบือนรูปคลื่นและระบบอัมพาต
ในระบบสื่อสาร การสลายตัวของพารามิเตอร์ไดโอด (เช่น เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับที่ยืดเยื้อ) สามารถทำให้เกิดการบิดเบือนของรูปคลื่นที่แก้ไขแล้ว ในไดรเวอร์มอเตอร์ เมื่อเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอดเรียงกระแสเพิ่มขึ้นจาก 50ns เป็น 200ns ความบิดเบี้ยวของฮาร์โมนิกจะเพิ่มขึ้นจาก 3% เป็น 12% ส่งผลให้มอเตอร์สั่นสะเทือนแรงขึ้น ข้อผิดพลาดประเภทนี้จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ผ่านการตรวจสอบออนไลน์ของอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อไดโอด (อินฟราเรดเทอร์โมกราฟี)