电路设计如何选择合适的二极管？

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今天给大家介绍的是 PCB设计中如何选择二极管？主要是以下几个方面：

1、正向电压

2、正向电流

3、非重复峰值正向电流 (IFSM)

4、重复峰值正向电流 (IFRM)

5、重复峰值反向电压 (VRRM)

6、功耗

7、结温和存储温度

8、热阻

9、反向恢复时间 (trr)

10、电流应力

11、电压应力

12、功率应力

13、热应力

二极管有很多用途，可以作为整流器、反向阻断器、开关转换器等。但不管是用在哪里，都需要考虑相同的参数，通常来说，都可以在 Datasheet 中找到。在电路设计选择二极管时，需要考虑的重要参数。



二级管

一、二极管正向电压 (VF)

正向电压：是二极管偏置时阳极和阴极之间的压降测量值。在Datasheet 中，正向电压在下面几个表格和图表中会写。下面是VS-E5TH3012S2L-M3的正向电压规格。



二极管正向电压

在电气特性下，通常会提供最小值、典型值、最大值。

在典型的正向压降特性中，正向电压和正向电流之间的关系是在特定温度下。在设计的时候，你要知道二极管的电流水平是多少，使用该电流并投射到图表中。

在这个图表中提供了很多信息。正向电压降在负温度下最大，但在最热温度下最小。假设流向二极管的实际电流为10A，预期温度仅为25℃，则要使用的正向电压为1.5V。
2、二极管正向电流 (IF)

正向电流额定值是二极管Data中的平均整流正向电流，是二极管可以处理的最大电流。如果大于这个值，二极管可能会损坏。下面为VS-E5TH3012S2L-M3 二极管的正向电流额定值 。



二极管正向电流 (IF)
三、非重复峰值正向电流 (IFSM)

在一些Datasheet中也被叫做非重复浪涌电流或者峰值电流，是二极管可以处理的一次性浪涌电流。如下图，只需要不超过表中的条件，二极管就不会被损坏。



非重复峰值正向电流 (IFSM)

当在系统启动期间可能会有非常高的单脉冲浪涌电流，因此二极管额定值非常中重要。
四、 重复峰值正向电流 (IFRM)

这里是重复电流，但不是直流或者连续电流，有一个特定条件，比如波形的类型、持续时间和频率，只要不超过这个值，二极管就可以允许。



重复峰值正向电流 (IFRM)

当在系统启动期间预计会有一些浪涌电流脉冲。
五、重复峰值反向电压 (VRRM)

这是选择二极管的一个重要因素，重复峰值反向电压是二极管可以承受的最大重复反向电压，超过这个值就会损坏二极管。下面是来自VS-E5TH3012S2L-M3 二极管的数据表。



重复峰值反向电压 (VRRM)

这个额定值是非常重要的，因为当二极管反向偏置时，就会看到电压电源，此外，在电感电路中，有一个反冲电压会加到电源电压上，就会导致电路开路电压非常高。
六、功耗

在选择二极管，功耗也是一个非常重要的因素。正向电压（VF）和正向电流（IF）会导致一定的功耗。当在开关转换二极管时，开关损耗会增加传到损耗（VF时间IF）。

有的 Datasheet 会提供二极管的典型功耗，但有的也不会提供。典型功耗通常在25℃的标准环境温度下获得的二极管额定功率。

二极管的功耗能力取决于结温、应用温度（环境或外壳温度）和热阻。它可以使用等式计算

功耗，能力 = (T J max – Tamb max) / Rth JA

或者

功耗，能力 = (T J max – Tc max) / Rth JC

TJ max是数据表中给出的最大结温

Tamb max 是最高工作环境温度

Tc max 是最大外壳温度

Rth JA 是结点到环境的热阻

七、结温和存储温度

二极管结温通常在下表的范围内，一旦超出这个范围，二极管就会被损坏。另一方面，还有储存温度。存储温度是一个非功能性额定值，意味着二极管不用导电。看起来简单，但是也是非常重要的，如果存储不当，也会导致二极管失效。



结温和存储温度
八、热阻

热阻可以是从结点到外壳（(Rth JC）或从结点到环境 (Rth JA )。这个是非常重要的二极管额定值。主要是用来计算二极管在特定情况下或者环境温度下的功耗能力。如何使用热阻，在上面功耗那部分有讲。



热阻
九、反向恢复时间 (trr)

当二极管用于开关转换器、开关模式电流或任何正向和反向偏置连续变化电路时，反向恢复时间是一个非常重要的参数。在此类应用中，所需的反向恢复时间非常短。反向恢复时间越长，反向电流流过的时间就越长，这对应于开关损耗。



反向恢复时间 (trr)
十，电流应力

电流应力是测量允许流向二极管的实际电流有多大。一般来说电流应力水平在50%-70%。在某些情况，也会允许80%-90%，主要还是取决于电路的设计。

电流应力 =（实际电流 / 额定电流）x 100%

实际电流是流向二极管的电流，而额定电流可以是二极管的正向电流或峰值浪涌电流。



二极管实物图

如何获得实际电流

如果电路正在运行，则可以使用电流表将其串联到二极管获得实际电流。这里要确保电流表保险丝能够处理电流水平。如果有示波器的话，就可以和电流探头一起使用。

将电流探头夹在连接二极管的导线上，可以将测量设备设置为记录平均值 (DC) 或 rms 值。对于示波器，这2个参数可以同时显示。
十一、电压应力

与电流应力相同，电压应力是对二极管允许的实际电压有多大的测量。一般来说约为 50%-70%，但在某些情况和限制下，它会高达 90%。

电压应力 =（实际电压/额定电压）x 100%

实际电压是二极管在反向偏置期间将经历的电压，而额定电压是重复的峰值反向电压。

如何测量电压应力

可以使用电压表测量实际电路峰值反向电压，只需在二极管2端连接电压表，将电压表负探针连接到阳极，将电压表正极探针连接到二极管阴极。

如果二极管是在连续打开和关闭，就需要使用是示波器来测量电压。



二极管实物图
十二、功率应力

功率应力是二极管允许的功率耗散。在大多数情况下，电源应力设置为50%。但在某些设计下，会高达80%以上。

功率应力 =（实际功率/额定功率）x 100%

实际功率是二极管的实际计算功耗。另一方面，额定功率是二极管的等效功率耗散能力。
十三、热应力

热应力是用来评估二极管工作的温度有多高，一般在50%左右。在一些设计下，可能会达到80%。只要工程师能够断定二极管在产品预期使用寿命之前不会失效，就没有问题。

热应力 =（实际温度/额定温度）x 100%

实际温度可能是外壳或结温，而额定温度是数据表中指定的温度。

原文链接：

https://www.toutiao.com/article/7224436410403570215/

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