干货丨整流二极管的应用
2023-07-03 17:30
二极管，这类器件想必大家应该非常熟悉，二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。二极管有两个电极，正极，又叫阳极；负极，又叫阴极，给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通， 加上反向电压时，二极管截止。二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。十个字概括这种元器件就是：单向导通的半导体器件；但二极管也分很多种类，开关二极管、肖特基二极管、稳压二极管、TVS管、ESD保护管等等…
但今天我们要讲的是整流二极管，其中整流二极管又分为普通的整流二极管（材料多为硅、锗）和肖特基二极管（材料为金属和硅），乃至后续的碳化硅二极管。但今天对于这些管子的特性和参数不做赘述，主要想带大家一起了解的是这些管子在电路中的常见应用，这些应用朴实无华且简单，但在电路中不可或缺，相信了解完之后，大家对这类器件也会有一个较为清楚的认知。
应用一：防反电路
这个电路的应用非常广，小到手机电源充电器，大到汽车充电桩，防反需求都是必不可少的。防反电路顾名思义，就是防止电源反接对充电的电池或者负载造成不可逆的损坏，而这个电路最简单的方法就是利用二极管的单向导电性。
如图，在正电源处串联一个二极管，正常情况下二极管导通，灯泡正常工作。
图1
当电源如图2接反时，二极管截止，电源无法形成回路，电路板不工作，可以有效防止电源接反的问题。
图2
以上也是最简单的防反电路，防反电路也能够防止复杂电路中电流的倒灌。但实际应用中，因为二极管本身存在压降（0.7V左右），如果有2A的电流通过，理论就会产生1.4W的功耗，且发热量也会较大，因此现在大多将二极管换成MOSFET、整流桥或者是保险丝加稳压管的组合。
应用二：整流电路
众所周知，我们日常生活中的电源通常是交流电，而汽车除了一些子设备使用的是直流，其他像充电方面和电机方面，都会涉及到交流电，这时候就需要用到二极管一个最重要的作用：整流。
图3
如图3，我们用电阻简单模拟负载，右边是一个频率40Hz的交流电源，图中可直观的看到电流流向有两个不同方向，且按照固定频率来回交替。那如果负载只能接收定向电流方向的直流电，那我们就得对电路做一丢丢的更改。
图4
如图4，电流方向从正反交替，变为只有单向流通，而起到关键性作用的就是电路中的二极管，正向导通反向截止，刨除漏电流，它挡住了对于它来说反向的电流，使得电路中只有单一流向的电流可以构成回路。当然，如果整流电路如此设计效率会非常低，我们可以观察波形，加入单个二极管后有一半的波形消失了，而这一半的波形是被二极管“斩掉”的。
那么有没有可以保留完整波形的情况下，将电流整成固定流向的设计呢？
自然是有的，我们可以看图5，整流电路的进化版：整流桥。
图5
我们从图中负载（就是那个电阻）的波形可以看出，电流在变成单一流向的同时，让交流电源的正反电流都能构成有效回路，相比上一个电路，效率方面也大大提高，这也是整流电路中最常用的设计。
应用三：续流电路
这个电路算是一个延展，因为也是利用二极管单向导通的特性，所以大概提一下。对于部分电路中会出现很强的感性电动势的情况，会用到这个电路，比较常见的就是继电器。
图6
感性负载在断电后电流迅速减小，电感线圈储存的能量由于自感效应线圈会产生一个反向的电势阻止电流的变化，这其实是一个能量释放过程，如果电感线圈开路其两端产生的电压将几倍于电源电压，可能击穿设备绝缘，此时就需要一个泄放出口，这个时候二极管就是一个很好的选择。
通常续流二极管会选用快速开关二极管和肖特基二极管，因为部分电路对二极管的反向恢复速度也有要求。一般来说，续流二极管反向并联在感性负载边上（见图6），正常工作下不导通，不占用电路中的功耗；在开关关闭的瞬间与感性负载组成回路，二极管可以正向导通，快速泄放掉多余电动势，防止多余电动势对负载或者电路中其他器件造成损伤。从图中也可以看到一个明显的尖峰，那个就是继电器积攒的电动势。
以上就是我整理出来的一些管子的主要应用，部分应用像功率因数校正、交流电压调制等也省略未讲，电路图设计较为简陋，但突出一个直观，主要是希望对大家理解整流管这方面有所帮助；稳压管方面由于篇幅有限，下次有机会再和大家探讨；对于文章中有疑问的地方也欢迎随时探讨，回见！
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