二極管的串聯(lián)和并聯(lián)

大家都知道，電阻可以用來串聯(lián)，也可以用來并聯(lián)。

那么，二極管適合串聯(lián)和并聯(lián)嗎?

二極管串聯(lián)

二極管串聯(lián)時，需要注意靜態(tài)截止電壓和動態(tài)截止電壓的對稱分布。

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

假設(shè)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(lián)電路，我們可以得到一個簡化的計算電阻的公式：

式(1.15)中，Vm是串聯(lián)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(shè)：

式(1.16)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(jīng)驗表明，當(dāng)流經(jīng)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(xiàn)可觀的損耗。

原則上，動態(tài)的電壓分布不同于靜態(tài)的電壓分布。如果一個二極管pn結(jié)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(lián)時，我們可以采用一個簡化的計算并聯(lián)電容的方法：

式(1.17)中，△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(shè)：

條件是所有的二極管均出自同一個制造批號?！鱍RR由半導(dǎo)體制造商所給出。除了續(xù)流二極管關(guān)斷時出現(xiàn)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(jù)上述設(shè)計公式，我們發(fā)現(xiàn)總的存儲電量值可能會達(dá)到單個二極管的存儲電量的兩倍。

一般來說，續(xù)流二極管的串聯(lián)電流并不多見，原因是存在下列附件的損耗源：

pn結(jié)的n重擴(kuò)散電壓;

并聯(lián)電阻中的損耗;

需要由IGBT接替的附加存儲電量;

由RC電路而導(dǎo)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(lián)方案。

唯一的例外是，當(dāng)應(yīng)用電路要求很短的開關(guān)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(dāng)然此時系統(tǒng)的通態(tài)損耗也會大大增加。

二極管并聯(lián)

二極管并聯(lián)，并不需要附加的RC緩沖電路。重要的是在并聯(lián)時通態(tài)電壓的偏差應(yīng)盡可能小。

判斷一個二極管是否適合并聯(lián)的重要參數(shù)是其通態(tài)電壓對溫度的依賴性。如果通態(tài)電壓隨溫度的增加而下降，則它具有負(fù)的溫度系數(shù)。對于損耗來說，這是一個優(yōu)點。

如果通態(tài)電壓隨溫度的增加而增加，則溫度系數(shù)為正。

在典型的并聯(lián)應(yīng)用中，這是一個優(yōu)點，其原因在于，較熱的二極管將承受較低電流，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)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(lián)時，一個較大的負(fù)溫度系數(shù)(>2mV/K)則有可能產(chǎn)生溫升失衡的危險。

并聯(lián)的二極管會產(chǎn)生熱耦合：

在多個芯片并聯(lián)的模塊中通過基片;

在多個模塊并聯(lián)于一塊散熱片時通過散熱器。

一般對于較弱的負(fù)溫度系數(shù)來說，這類熱偶合足以避免具有最低通態(tài)電壓的二極管走向溫度失衡。但對于負(fù)溫度系數(shù)值>2mM/K的二極管，則建議降額使用，即總的額定電流應(yīng)當(dāng)小于各二極管額定電流的總和。

審核編輯：湯梓紅