車用雪崩整流二極體的現狀和發展

2020-11-25 電子產品世界

0 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387244.htm

中國汽車工業經過數年快速發展，今年汽車總銷量已躍居世界第一。

中國汽車工業發展階段，正如中國內燃機工業協會電機電器分會《協會通訊》所指出：「從千人汽車保有量、千人汽車銷量和汽車與平均GDP 的相對價格等各方面來看，中國汽車工業發展階段，與日本1960 年代初期和韓國1980 年代中期相當。日本和韓國在其汽車工業發展初期以後，經歷了10 年的高速發展，汽車銷量年度複合增長率到20.9%和22.2%……中國汽車工業也將在10 年內保持15%以上的年度複合增長率……」「即使考慮到當前經濟衰退的影響，(最遲)2010 年開始，我國汽車行業也必將進入下個黃金10 年的高速增長期。」[1]

「作為汽車核心零部件配套行業———車用整流二極體行業及其製造技術必將迎來快速發展的大好時期。」中國汽車工業協會政策研究會副主任陳炳炎認為，「只有零部件企業在研發上先走一步，帶動整車企業的研發，才有可能縮小中國企業與世界先進水平的差距。因此，未來20 年將是中國汽車零部件企業的創新發展階段。」[2]我們有理由相信，車用整流二極體行業必將迎來快速發展的新時期。

1 現狀和問題

然而，我國汽車零部件的現狀不容樂觀。

正如中國內燃機電機電器行業協會秘書長徐國昌的分析：「我國內燃機兩機(指發電機和起動機)關鍵零部件的發展依然嚴重滯後，發電機電壓調節器、整流器、軸承、起動機電磁開關等部件的本土化製造跟不上需要，供中高檔乘用車配套的發電機電壓調節器和整流器等主要依靠進口。」[3]內燃機電機電器主要指起動機和發電機及其零部件，其中完全由整流二極體構成的整流器(無論是11 管還是17管的)是其主要零部件。

車用交流發電機的原理如圖1 所示。

圖1 中的(a)圖是車用交流發電機(含整流器和調節器)原理圖，(b)圖則是提取出來的11 管的整流器原理圖。

圖1 中，D1耀D6 是主整流二極體;D7耀D8 是中性點二極體，目的是利用發電機中性點的三次諧波電壓提高發電機的輸出效率;D9耀D11 是輔二極體，也叫勵磁二極體，容量稍小些。主整流二極體D1耀D6分別加倍為兩個管子並聯，就是功率偏大一些的17管整流橋。

顯然，這裡所有二極體看上去都是非常簡單的整流二極體。無論是(25~80)A/200 V，還是(25~45)A/(19~42)V的二極體器件，都是電壓、電流不大的一般型整流二極體，令人不可思議的是這麼一些所謂簡單的二極體多少年來卻都完全依靠進口，幾乎被德國BOSCH、美國MOTOROLA(現為臺灣朋程Actron所取代)和日本電裝(Denso)等三大家所壟斷。

關於車用整流二極體行業的發展現狀，中國內燃機電機電器行業協會秘書長徐國昌認為：「國外汽車零部件巨頭擠佔我國內燃機汽車電機電器市場，以他們強大的技術、資金、管理以及與國外整車和整機廠商的特殊關係等優勢，強勢侵入我國汽車電機電器市場，造成我國民族工業企業經營極大困難。」[4]幾十年來，我國的車用整流二極體工廠是「主機市場進不去，就去佔領配件市場」，並造成「假冒偽劣產品充斥配件市場」[4]的局面，如此狀況不解決,發展我們民族汽車工業勢必只成為一句空話。中國製造的只能是貼牌汽車，核心技術仍然是外國的，我們照樣是給外國人打工。

嚴重的問題早已擺在我國功率半導體事業的決策者和研究者面前，而我國的功率半導體事業的決策者和科技工作者都忙於新型器件的研究，無暇顧及這一所謂「特別簡單」的領域。就像一談可控矽，馬上就有人出來說：我們早在幾十年前就研究過了，然而每年當國外大量的所謂高檔普通可控矽、功率二極體大舉佔領中國市場時，又有哪位決策者站出來，投入巨大資金好好幹一番呢。如今當國際上再次提出「二極體在當今功率半導體中的作用總是被低估」的現狀必須要徹底改變，因此「現今功率半導體生產廠商對生產質量優良的二極體投入巨大」[5]時，我們該好好反思一下，不要輕視那些我們曾經研究過然而卻沒有研究到底，並且沒有做出巨大經濟效益的，時至今天發展仍然很大的那些基礎功率半導體器件吧。

臺灣朋程的經驗從另一個角度給我們以啟示。臺灣光寶旗下的Actron(朋程)，1998 年11月才新成立，但他們看準美國MOTOROLA 想甩掉車用整流二極體的時機，果斷地買斷其技術，又集中公司技術力量，並在國際上聘請技術和管理精英，抓住機遇大上快上，使自己很快將成為超過德國BOSCH 的世界最大的車用雪崩整流二極體的生產基地。

德國BOSCH和日本電裝(Denso)更是我們學習和趕超的目標，而朋程現在做到的，我們何時能做到呢?這應該引起我們的深思。

2 重新認識並認真做好雪崩整流二極體

現代汽車工業大發展對車用整流二極體提出了全新的技術要求，原有的粗淺地對整流二極體的理解已非常不夠了，21 世紀的車用整流二極體都是高水平的雪崩整流二極體，擺在我們面前的不可迴避的任務就是：重新認識並從頭開始認真做好車用雪崩整流二極體。

2.1 雪崩整流二極體

任何學習過半導體知識的人都知道什麼叫雪崩整流二極體，那就讓我們再一次地溫故知新吧。

首先從PiN 結構、空間電荷區寬度錐m、雪崩擊穿電壓VB和最大電場強度Em入手，由突變結近似下的VB、Em、Xm的關係如圖2 所示。

一般來講，當電場強度達到2伊105(V/ cm)時，二極體的雪崩特性都是很好的，顯然車用整流二極體無論是普通用200 V器件，還是先前稱謂的雪崩(19耀42)V 器件，都應該是特性很好的雪崩整流二極體。

國內很早就有人對雪崩整流二極體特性進行了詳細的研究[7]。顯然，簡單的室溫硬轉折是不能稱謂雪崩整流二極體的，一個標準的雪崩整流二極體至少應包含下列三個內容。

公式(4)，(5)定量地給出了溫度對雪崩電壓的影響。

2)雪崩擊穿後，仍能恢復阻斷特性，即雪崩特性是可逆的。

雪崩特性的可逆性及其嵌位作用能確保車上所有的用電器件都長期安全可靠運行。車用整流二極體器件對雪崩特性是可逆的提出了更高要求：額定結溫(嚴格講是等效結溫)已提高到200益、215益，目前已達到225益。

車用整流二極體的耐熱疲勞能力要求也越來越高，熱疲勞試驗必須在一萬次以上。

3)有足夠的反向過流能力和動態雪崩能力。

雪崩整流二極體，不僅要有很高的耐正向通態浪湧電流的能力(IFSM)，而且還必須有很高的耐反向浪湧電流(IRSM)的能力，如規定在80 ms 的時間間隔內，反向浪湧電流IRSM在數值上和正向通態正弦半波平均值IFAV相當。

車用雪崩整流二極體的動態雪崩能力(嚴格講，是動態雪崩能量或叫功率)是重要的汽車電機電器的考核指標，因為它最能體現車用電器耐拋負載的能力。

如何提高整流二極體的反向過流能力和動態雪崩能力，已是當今研究整流二極體的一個新的科學技術。

以上三點說明，現代的車用雪崩整流二極體早已不是我們最初認識的簡單的二極體了，其動態特性更是需要我們重新認識的。

相關焦點

  • 整流二極體選擇和使用以及常見的二極體整流電路解析
    打開APP 整流二極體選擇和使用以及常見的二極體整流電路解析 發表於 2017-06-01 14:12:10 通常它包含一個PN結，有陽極和陰極兩個端子。 　　整流二極體可用半導體鍺或矽等材料製造。矽整流二極體的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極體都用高純單晶矽製造（摻雜較多時容易反向擊穿）。這種器件的結面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極體主要用於各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。
  • 用雪崩二極體怎麼做過壓保護?
    雪崩二極體如何幫助防止過電壓？常見的過電壓保護方法是「有源鉗位(active clamping)」。在這種情況下，雪崩二極體用作直接反饋。如果關斷導致電感負載過壓峰值，則由雪崩二極體傳導至IGBT柵極，並且IGBT重新接通。
  • 雪崩光電二極體電路圖 雪崩二極體的工作曲線分析
    打開APP 雪崩光電二極體電路圖 雪崩二極體的工作曲線分析 工程師譚軍 發表於 2018-08-20 09:25:19 本文主要是關於雪崩光電二極體的應用介紹，淺談了它在電路中的作用，並詳細介紹分析了雪崩二極體的工作曲線。
  • 雪崩二極體的介紹
    雪崩二極體的介紹雪崩二極體是利用半導體PN結中的雪崩倍增效應及載流子的渡越時間效應產生微波振蕩的半導體器件。如果在二極體兩端加上足夠大的反向電壓，使得空間電荷區展寬，從N+P結處一直展寬到IP+結處。整個空間電荷區的電場在N+P處最大。
  • 常用整流二極體選型指南供大家參考
    二極體的電路符號如圖所示。二極體有兩個電極，由P區引出的電極是正極，又叫陽極；由N區引出的電極是負極，又叫陰極。三角箭頭方向表示正向電流的方向，二極體的文字符號用VD表示。二極體工作原理：二極體的主要原理就是利用PN結的單向導電性，在PN結上加上引線和封裝就成了一個二極體。
  • 整流二極體的整流功能
    什麼是整流二極體？首先整流二極體根據自身特性可構成整流電路，將原本交變的交流電壓信號整流成同相脈動的直流電壓信號，變換後的波形小於變換前的波形。整流二極體的整流作用利用的是二極體單向導通，反向截止的特性。
  • 整流二極體的主要三個參數
    從開關速度上分有：普通(1Ｎ4007)、快速(快恢復二極體ＦＲ107)、超快速(肖特基二極體1Ｎ5819)；現在這類二極體的型號很多，大多是貼片的，型號有時很難查到，可以用數字萬用表二極體檔測量來判斷，壓降在0.1－－0.2Ｖ之間的為肖特基二極體、在0.3－－0.4Ｖ為快速二極體、0.5－－0.6的為整流二極體、0.7左右的多為穩壓二極體；
  • 整流二極體的作用
    導讀：電子愛好者經常使用二極體，而二極體具有單向導電性，主要用於整流、穩壓和混頻等電路中，我們今天就來學習一下，整流二極體都有哪些作用呢?
  • 老師傅教你測量普通整流橋和肖特基二極體整流橋
    這裡有兩顆整流橋，一個是普通全橋，一個是由兩個肖特基二極體組成的半橋區別：>1，普通整流橋由四個普通整流二極體組成，普通整流二極體的耐壓比較高，但是它的恢復速度低，只能用在低頻的整流上，所以只能用於一般的開關電源整流輸出。
  • 整流二極體基礎知識詳解
    整流二極體具有明顯的單向導電性。整流二極體可用半導體鍺或矽等材料製造。矽整流二極體的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極體都用高純單晶矽製造（摻雜較多時容易反向擊穿）。另外，整流二極體的參數除前面介紹的幾個外，還有最大整流電流，是指整流二極體長時間的工作所允許通過的最大電流值。它是整流二極體的主要參數，是選項用整流二極體的主要依據。整流二極體常用參數（1）最大平均整流電流IF：指二極體長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結的結面積和散熱條件決定。使用時應注意通過二極體的平均電流不能大於此值，並要滿足散熱條件。
  • 如何解決傳統二極體整流問題?
    傳統二極體整流問題 近年來，電子技術的發展，使得電路的工作電壓越來越低、電流越來越大。低電壓工作有利於降低電路的整體功率消耗，但也給電源設計提出了新的難題。 開關電源的損耗主要由3部分組成：功率開關管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。
  • HgCdTe雪崩光電二極體的研究進展
    宋淑芳，王小菊，田震 華北光電技術研究所摘要：碲鎘汞紅外雪崩光電二極體（APD）陣列作為最近十多年來發展起來的新型探測器，以其高增益、高靈敏度和高速探測的優點，成為未來微弱信號探測、二維/三維成像、主/被動探測應用的重要器件。
  • HgCdTe雪崩光電二極體的研究進展
    宋淑芳，王小菊，田震華北光電技術研究所摘要：碲鎘汞紅外雪崩光電二極體（APD）陣列作為最近十多年來發展起來的新型探測器，以其高增益、高靈敏度和高速探測的優點，成為未來微弱信號探測、二維/三維成像、主/被動探測應用的重要器件。
  • S1M整流二極體介紹
    型號：S1M分類：整流二極體 貼片產品圖S1M參數參數介紹1.最高重複峰值反向電壓VR：指二極體兩端允許施加的最大反向電壓。如果大於此值，那麼反向電流(IR)劇增，二極體的單向導電性被破壞，從而引起反向擊穿。
  • 根據雪崩性能選擇肖特基二極體
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/309797.htm雖然肖特基二極體能夠很好地滿足上述要求，但它們必須支持ISO7637-2脈衝，因此通常選用具有高擊穿電壓的產品以便通過負脈衝1和脈衝3a測試--但這無助於取得最好的前向壓降性能，因為肖特基二極體固有的折衷性能遵循這樣的規則：擊穿電壓越高，前向壓降就越大。
  • 整流二極體損壞的原因有哪些?
    整流管的過電壓、過電流安全裕量偏小，使整流管承受不起發電機勵磁迴路中發生的過電壓或過電流暫態過程峰值的襲擊而損壞。整流二極體代換整流二極體損壞後，可以用同型號的整流二極體或參數相同其它型號整流二極體代換。通常，高耐壓值（反向電壓）的整流二極體可以代換低耐壓值的整流二極體，而低耐壓值的整流二極體不能代換高耐壓值的整流二極體。
  • 雪崩光電二極體的暗電流存在的原因及測試方法
    雪崩光電二極體 雪崩光電二極體是一種p-n結型的光檢測二極體，其中利用了載流子的雪崩倍增效應來放大光電信號以提高檢測的靈敏度。其基本結構常常採用容易產生雪崩倍增效應的Read二極體結構（即N+PIP+型結構，P+一面接收光），工作時加較大的反向偏壓，使得其達到雪崩倍增狀態；它的光吸收區與倍增區基本一致（是存在有高電場的P區和I區）。
  • 如何藉助雪崩二極體提供過壓保護?
    當IGBT在高性能應用中高速接通和斷開時，總會發生過壓。例如，當關閉負載電流電路時，集電極 - 發射極電壓突然上升，達到非常高的峰值。由開關引起的過電壓會嚴重損壞甚至破壞開關電晶體。YTpednc雪崩二極體如何幫助防止過電壓？
  • 電路設計(七):整流二極體的應用
    整流二極體具有明顯的單向導電性。 ④ 整流二極體可用半導體鍺或矽等材料製造。矽整流二極體的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極體都用高純單晶矽製造。這種器件的結面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極體主要用於各種低頻整流電路。
  • 矽整流二極體的檢測方法
    矽整流二極體是廣泛用於通信、化工、交通及其他電子設備電源部分，在汽車電子中常用。下面，我們主要看一下汽車電子中矽整流二極體的檢測方法有哪些。