功率二極管是能夠以高電壓值傳遞大電流以用于整流器電路的半導(dǎo)體pn結(jié)

在之前的教程中，我們看到半導(dǎo)體信號二極管僅傳導(dǎo)電流從陽極到陰極的一個(gè)方向（正向），但不是反向，有點(diǎn)像電動(dòng)單向閥。

這個(gè)特性和二極管的廣泛應(yīng)用一般在將交流電壓（AC）轉(zhuǎn)換為連續(xù)電壓（DC）。換句話說，整流。

但小信號二極管也可用作低功耗，低電流（小于1安培）整流器或應(yīng)用中的整流器，但其中較大的正向偏置電流或較高的反向偏置阻斷電壓涉及小信號二極管的PN結(jié)最終會(huì)過熱和熔化，因此使用更大的更強(qiáng)大的功率二極管

功率半導(dǎo)體二極管，簡稱為功率二極管，與其較小的信號二極管相比具有更大的PN結(jié)面積，從而實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)百安培（KA）的高正向電流能力和反向阻斷電壓高達(dá)數(shù)千伏（KV）。

由于功率二極管具有較大的PN結(jié)，因此不適用于1MHz以上的高頻應(yīng)用，但特殊且昂貴的高頻，高電流二極管可用。對于高頻整流器應(yīng)用肖特基二極管通常使用，因?yàn)樗鼈兊恼蚱脳l件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間和較低的壓降。

功率二極管提供不受控制的功率整流，并且用于電池充電和直流電源以及交流整流器和逆變器等應(yīng)用。由于它們具有高電流和電壓特性，它們還可以用作續(xù)流二極管和緩沖網(wǎng)絡(luò)。

功率二極管設(shè)計(jì)為具有歐姆分?jǐn)?shù)的正向“導(dǎo)通”電阻，同時(shí)它們的反向阻斷電阻在兆歐范圍內(nèi)。一些較大值的功率二極管設(shè)計(jì)為“螺柱安裝”在散熱片上，將其熱阻降低到0.1至1 o C / Watt。

如果交流電壓為施加在功率二極管上，在正半周期期間，二極管將傳導(dǎo)通過電流，而在負(fù)半周期期間，二極管將不會(huì)阻擋電流。然后通過功率二極管的傳導(dǎo)僅在正半周期期間發(fā)生，因此是單向的，即如圖所示的DC。

功率二極管整流器

功率二極管可以單獨(dú)使用，也可以連接在一起產(chǎn)生各種整流電路，如“半波”，“全波”或“橋式整流器”。每種類型的整流器電路可以被分類為不受控制的，半控制的或完全受控的，其中不受控制的整流器僅使用功率二極管，完全可控的整流器使用晶閘管（SCR），半控整流器是二極管和晶閘管的混合。

最常用的基本電子應(yīng)用單獨(dú)功率二極管是通用 1N400x 系列玻璃鈍化型整流二極管，標(biāo)準(zhǔn)額定值為1.0安培的連續(xù)正向整流電流和反向阻斷電壓額定值從1N4001的50v到1N4007的1000v，小的1N4007GP是最常用的通用電源電壓整流。

半波整流

整流器是將交流電（AC）輸入電源轉(zhuǎn)換為直流（DC）輸出電源的電路。輸入電源可以是單相或多相電源，所有整流電路中最簡單的是半波整流器。

功率二極管在半波整流電路中，只通過交流電源的每個(gè)完整正弦波的一半，以便將其轉(zhuǎn)換為直流電源。然后這種類型的電路稱為“半波”整流器，因?yàn)樗煌ㄟ^輸入交流電源的一半，如下所示。

半波整流電路

在AC正弦波的每個(gè)“正”半周期內(nèi)，二極管正向偏置，因?yàn)殛枠O為正極相對于陰極導(dǎo)致電流流過二極管。

由于直流負(fù)載是電阻性的（電阻器，R），因此流入負(fù)載電阻的電流與電壓（歐姆定律）成正比，因此負(fù)載電阻兩端的電壓與電源相同電壓， Vs （負(fù)V?），即負(fù)載兩端的“直流”電壓在前半個(gè)周期內(nèi)是正弦的，因此 Vout = Vs 。

在AC正弦輸入波形的每個(gè)“負(fù)”半周期期間，二極管反向偏置，因?yàn)殛枠O相對于陰極是負(fù)的。因此，沒有電流流過二極管或電路。然后在電源的負(fù)半周期內(nèi)，沒有電流流過負(fù)載電阻，因?yàn)闆]有電壓出現(xiàn)在其上，因此 Vout = 0 。

直流側(cè)的電流電路的一個(gè)方向流動(dòng)僅使電路單向。由于負(fù)載電阻從二極管接收波形的正半部分，零伏特，波形的正半部分，零伏特等，該不規(guī)則電壓的值將等于0.318 * Vmax的等效直流電壓。輸入正弦波形或0.45 * Vrms輸入正弦波形。

然后計(jì)算負(fù)載電阻兩端的等效直流電壓 V DC 如下。

V DC 和電流 I DC ，流經(jīng)連接到240 Vrms單相半波整流器的100Ω電阻如上所示。還計(jì)算負(fù)載消耗的直流功率。

在整流過程中產(chǎn)生的直流電壓和電流因此在每個(gè)循環(huán)期間都是“開”和“關(guān)”。由于負(fù)載電阻兩端的電壓僅出現(xiàn)在周期的正半周期間（輸入波形的50％），因此會(huì)導(dǎo)致向負(fù)載提供較低的平均直流值。

在“ON”和“OFF”條件之間的整流輸出波形產(chǎn)生具有大量“紋波”的波形，這是不希望的特征。產(chǎn)生的直流紋波的頻率等于交流電源的頻率。

通常在對交流電壓進(jìn)行整流時(shí)，我們希望產(chǎn)生一個(gè)“穩(wěn)定”且連續(xù)的直流電壓，不受任何電壓變化的影響或波紋。一種方法是在輸出電壓端子上與負(fù)載電阻并聯(lián)連接一個(gè)大值電容，如下所示。這種類型的電容器通常稱為“儲(chǔ)能器”或平滑電容器。

具有平滑電容器的半波整流器

當(dāng)整流用于從交流電源（ AC ）提供直流電壓（ DC ）時(shí)通過使用較大值的電容器可以進(jìn)一步降低紋波電壓的數(shù)量，但是對于所使用的平滑電容器的類型，成本和尺寸都存在限制。

對于給定的電容值，負(fù)載電流更大（較小的負(fù)載電阻）將使電容器更快地放電（RC時(shí)間常數(shù)），從而增加所獲得的紋波。那么對于使用功率二極管的單相半波整流電路來說，僅通過電容器平滑來嘗試降低紋波電壓是不太實(shí)際的。在這種情況下，使用“全波整流”更為實(shí)際。

實(shí)際上，半波整流器最常用于低功率應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊闹饕秉c(diǎn)是。輸出幅度小于輸入幅度，在負(fù)半周期內(nèi)沒有輸出，因此浪費(fèi)了一半的功率，輸出為脈沖DC，導(dǎo)致紋波過大。