整流电路中高压硅堆怎么选择

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精选答案

高压硅堆又叫硅柱。它是一种硅高频高压整流二极管。工作电压在几千伏至几万伏之间。常用于黑白电视机或其他电子仪器中作高频高压整流。它之所以能有如此高的耐压本领，是因为它的内部是由若干个硅高频二极管的管心串联起来组合而成的。外面用高频陶瓷进行封装。

高压硅堆具有体积小、重量轻、机械强度高、使用简便和无辐射等优点，普遍用于直流高压设备中作为基本的整流元件。实际上一个硅堆常由数个至数十个硅整流二极管串联封装而成。具有单向导电性的硅二极管的正反向伏安特性下图所示，由下图可知当二极管上外加正向电压U很小时正向电流很小，但当U大于某一值U后正向电流I，则随U的增大而迅速增大，通常称U为“死角电压”，对于高压硅整流二极管U约为0.4 V~0.6 V。又当外加反压U于二极管时则二极管呈现很大阻抗，其反向电流I很小(约几微安)，并随反压增加而稍有增长，但当反压超过某一值U后I则急剧增，则U称为击穿电压，高压硅整流二极管的U可达数千伏至上万伏。

硅二极管和硅堆基本技术参数如下：

1.额定整流电流I—指的是通过二极管的正向电流在一个周期内的平均值。在选择整流元件时显然应使其I≥I，即运行中通过二极管的电流不应大于I。

2.正向压降U—当二极管通过的正向电流为额定值If时在管子两端的压降。

3.额定反峰电压值U一即二极管截止时在管子两端允许出现的最高反向工作电压峰值。它是电容器上电压和变压器输出电压之差，它的波形基本上相当于一个带直流分量的正弦波。在选择整流元件时应使U满足下式：

高压硅堆式中，U—工频试验变压器T的输出电压(有效值) ；

S—纹波因数；

U—输出直流电压算数平均值。

否则管子可能出现反向击穿。一般U选为它的击穿电压的1/2～2/3，即Ur=(1/2～2/3)U。

4.反向平均电流I—在最高反向工作电压作用下流过管子的反向电流平均值。

使用硅堆时还应掌握它的过载特性，一般硅堆的正向损坏是由于二极管PN结的热击穿造成的，根据大功率硅整流元件技术标准规定，PN结的最高允许工作温度为140℃

因此在正常工作时结温必须低于140℃，不然会引起硅堆特性变坏和加速封装硅堆的绝缘介质的老化，从而影响硅堆使用寿命。为了在正常工作状态下保证PN结的温度不超过允许温度，必须注意以下几点：

1.所用硅堆的额定正向整流电流峰值，应不小于其在正常实际工作状态中的电流最大值。特别是对一些正常工作状态下负载侧经常发生闪络或击穿的直流高压设备(例如静电除尘器中)的硅堆，If值应适当选大一些。此外所规定的额定整流电流值If，一般是指在自然对流冷却下的允许使用值，如果采用油冷，则整流电流大约可提高一倍。

2.根据高压硅堆的频率特性可分工频高压硅堆(用2DL表示)和高频高压硅堆(用2DGL表示)。工频高压硅堆所整流的电流频率应在3 kHz以下，高频高压硅堆所整流的电流频率可在3 kHz以上。对于高频电压的整流应使用相应的高频高压硅堆。

3.高压硅堆所标称的额定整流电流值是指在使用环境温度为室温时的平均整流电流值。如在较高的环境温度下工作时，所允许的整流电流值应相应地减小。下图为环境温度与被允许的平均整流电流百分比的关系曲线。

4.高压硅堆的结温是由于PN结的功率损耗对结部加热所致，而结功率损耗还与整流电流的波形和施加的反向电压有关。例如，当波形为非正弦波而是矩形波时，硅堆的整流电流值应减小。当反向电压较高时尚需考虑反向功率损耗(一般情况下可忽略)，务必使其不要超过元件允许值。

但是在事故状态下，例如试品发生击穿或闪络，则硅堆有可能流过很大的正向电流，此时结温允许在一短时间内超过额定最高允许结温，若时间很短则尚不致造成损坏。但若在某一给定的时间问隔内，电流值超过了相应的某一限度，则PN结可能因过流而使元件烧毁。另外，即使电流值不超过这个限度，这种过电流的冲击次数在硅堆的整个使用寿命期间也不能太多(大约在几百次)。表示硅堆在多长的时间间隔内，允许流过多大的故障电流的特性，称为过载特性(此时结温不能超过160℃)，而该允许的电流值称为过载电流额定值。下图分别为额定整流电流为150 mA和0.5A硅堆的过载特性曲线。

为了保护硅堆必须保证流过硅堆的事故电流(峰值)不超过允许的过载电流(峰值)，一般只需在高压回路选用合适的限流电阻R即可。但在一些额定电流较大、持续运行时间较长的直流高压设备中，为了避免电阻会增加设备在正常工作状态下的功率损耗，常不采用R而选用晶闸管、过流继电器和快速熔断器等元件作为过电流保护。

高压硅堆的修复使用

黑白电视机遇潮湿天气在高压包腔内容易产生高压打火的现象。火花将高压硅堆圆柱体表面击刻成条条沟槽，使硅堆在高电压下，外表面拉弧导通，显像管第二阳极无高压，造成电视无光栅。

这时，可把高压硅堆圆柱表面的碳化物用刀刮除，再用砂纸打磨干净，只要用表测量硅堆的性能仍属好的，即可在它的表面涂敷一层环氧树脂，待固化后即可使用。