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高壓硅堆

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10~500kV

100mA~2000mA

高壓硅堆又叫硅柱。它是一種硅高頻高壓整流二極管。工作電壓在幾千伏至幾萬伏之間。常用于黑白電視機或其他電子儀器中作高頻高壓整流。它之所以能有如此高的耐壓本領(lǐng)，是因為它的內(nèi)部是由若干個硅高頻二極管的管心串聯(lián)起來組合而成的。外面用高頻陶瓷進行封裝。

技術(shù)參數(shù)

高壓硅堆具有體積小、重量輕、機械強度高、使用簡便和*等優(yōu)點，普遍用于直流高壓設(shè)備中作為基本的整流元件。實際上一個硅堆常由數(shù)個至數(shù)十個硅整流二極管串聯(lián)封裝而成。具有單向?qū)щ娦缘墓瓒O管的正反向伏安特性下圖所示，由下圖可知當二極管上外加正向電壓Uf很小時正向電流很小，但當Uf大于某一值UF后正向電流If，則隨Uf的增大而迅速增大，通常稱UF為“死角電壓”，對于高壓硅整流二極管UF約為0.4 V~0.6 V。又當外加反壓Ur于二極管時則二極管呈現(xiàn)很大阻抗，其反向電流Ir很小(約幾微安)，并隨反壓增加而稍有增長，但當反壓超過某一值UR后Ir則急劇增，則UR稱為擊穿電壓，高壓硅整流二極管的UR可達數(shù)千伏至上萬伏。

硅二極管伏安特性

硅二極管和硅堆基本技術(shù)參數(shù)如下：

1.額定整流電流If—指的是通過二極管的正向電流在一個周期內(nèi)的平均值。在選擇整流元件時顯然應(yīng)使其If≥Id，即運行中通過二極管的電流不應(yīng)大于If。

2.正向壓降Uf—當二極管通過的正向電流為額定值If時在管子兩端的壓降。

3.額定反峰電壓值Ur一即二極管截止時在管子兩端允許出現(xiàn)的高反向工作電壓峰值。它是電容器上電壓和變壓器輸出電壓之差，它的波形基本上相當于一個帶直流分量的正弦波。在選擇整流元件時應(yīng)使Ur滿足下式：

式中，UT—工頻試驗變壓器T的輸出電壓(有效值) ；

S—紋波因數(shù)；

Ud—輸出直流電壓算數(shù)平均值。

否則管子可能出現(xiàn)反向擊穿。一般Ur選為它的擊穿電壓的1/2～2/3，即Ur=(1/2～2/3)UR。

4.反向平均電流Ir—在高反向工作電壓作用下流過管子的反向電流平均值。

高壓硅堆技術(shù)參數(shù)

高壓硅堆使用注意事項

使用硅堆時還應(yīng)掌握它的過載特性，一般硅堆的正向損壞是由于二極管PN結(jié)的熱擊穿造成的，根據(jù)大功率硅整流元件技術(shù)標準規(guī)定，PN結(jié)的高允許工作溫度為140℃

因此在正常工作時結(jié)溫必須低于140℃，不然會引起硅堆特性變壞和加速封裝硅堆的絕緣介質(zhì)的老化，從而影響硅堆使用壽命。為了在正常工作狀態(tài)下保證PN結(jié)的溫度不超過允許溫度，必須注意以下幾點：

1.所用硅堆的額定正向整流電流峰值，應(yīng)不小于其在正常實際工作狀態(tài)中的電流大值。特別是對一些正常工作狀態(tài)下負載側(cè)經(jīng)常發(fā)生閃絡(luò)或擊穿的直流高壓設(shè)備(例如靜電除塵器中)的硅堆，If值應(yīng)適當選大一些。此外所規(guī)定的額定整流電流值If，一般是指在自然對流冷卻下的允許使用值，如果采用油冷，則整流電流大約可提高一倍。

2.根據(jù)高壓硅堆的頻率特性可分工頻高壓硅堆(用2DL表示)和高頻高壓硅堆(用2DGL表示)。工頻高壓硅堆所整流的電流頻率應(yīng)在3 kHz以下，高頻高壓硅堆所整流的電流頻率可在3 kHz以上。對于高頻電壓的整流應(yīng)使用相應(yīng)的高頻高壓硅堆。

3.高壓硅堆所標稱的額定整流電流值是指在使用環(huán)境溫度為室溫時的平均整流電流值。如在較高的環(huán)境溫度下工作時，所允許的整流電流值應(yīng)相應(yīng)地減小。下圖為環(huán)境溫度與被允許的平均整流電流百分比的關(guān)系曲線。

硅堆溫度負載特性曲線

4.高壓硅堆的結(jié)溫是由于PN結(jié)的功率損耗對結(jié)部加熱所致，而結(jié)功率損耗還與整流電流的波形和施加的反向電壓有關(guān)。例如，當波形為非正弦波而是矩形波時，硅堆的整流電流值應(yīng)減小。當反向電壓較高時尚需考慮反向功率損耗(一般情況下可忽略)，務(wù)必使其不要超過元件允許值。

但是在事故狀態(tài)下，例如試品發(fā)生擊穿或閃絡(luò)，則硅堆有可能流過很大的正向電流，此時結(jié)溫允許在一短時間內(nèi)超過額定高允許結(jié)溫，若時間很短則尚不致造成損壞。但若在某一給定的時間問隔內(nèi)，電流值超過了相應(yīng)的某一限度，則PN結(jié)可能因過流而使元件燒毀。另外，即使電流值不超過這個限度，這種過電流的沖擊次數(shù)在硅堆的整個使用壽命期間也不能太多(大約在幾百次)。表示硅堆在多長的時間間隔內(nèi)，允許流過多大的故障電流的特性，稱為過載特性(此時結(jié)溫不能超過160℃)，而該允許的電流值稱為過載電流額定值。下圖分別為額定整流電流為150 mA和0.5A硅堆的過載特性曲線。

150mA硅堆(a)和0.5 A硅堆(b)過載特性

為了保護硅堆必須保證流過硅堆的事故電流(峰值)不超過允許的過載電流(峰值)，一般只需在高壓回路選用合適的限流電阻R即可。但在一些額定電流較大、持續(xù)運行時間較長的直流高壓設(shè)備中，為了避免電阻會增加設(shè)備在正常工作狀態(tài)下的功率損耗，常不采用R而選用晶閘管、過流繼電器和快速熔斷器等元件作為過電流保護。