1-LC: Měření elektrických vlastností výkonových diod
Cíl měření: Ověření základních vlastností výkonových diod. Měřením porovnejte vlastnosti výkonových diod s běžně používanými diodami mimo oblast výkonové elektroniky. U zadaných vzorků diod určete k jakému účelu jsou vhodné použít. PBYR 1645 SKKE 15/12 KY 132 1N5822
Obr. 1 Přípravek pro měření diod
Zadání: 1. a) U zadaných vzorků běžných polovodičových diod (KY 132, 1N4001 a 1N4007), výkonové
usměrňovací
diody
(SKKE 15/12),
Shotkyho
diod
(1N5822,
PBYR 1645), rychlé diody (BY 329) a inversní diody u tranzistoru IGBT (SKM50GB123)
změřte
průběh
statické
V-A
charakteristik
(propustnou
charakteristiku) metodou bod po bodu. b) Určete prahová napětí a z naměřených propustných charakteristik diod statický a dynamický odpor v zadaném pracovním bodě (např. IF=1 A u běžné diody a u výkonové 3 A nebo 8 A). c) Spočtěte jednotlivé ztrátové výkony na diodách a porovnejte jednotlivé diody. 2. Měřením ověřte a porovnejte spínací vlastnosti jednotlivých diod v závislosti na frekvenci. Zejména se zaměřte na závěrnou zotavovací dobu trr při vypnutí vedení diod. Porovnejte dynamické vlastnosti diod.
Použité přístroje: a) stabilizovaný zdroj DC napětí a proudu (MN 0-40 V/ 40 A); b) stejnosměrný voltmetr (C.A.5003; rozsahy: 100 mV; 1 V; 3 V); c) stejnosměrný ampérmetr (C.A.5003; rozsahy: 15 mA; 150 mA;1.5 A; 15 A);
d) digitální osciloskop; e) proudová DC bezkontaktní sonda (f>10 MHz); f)
proměnný odpor (100 Ω a 10 A);
g) pulsní generátor (Agilent 33102A).
Postup měření
Ad 1) Propustnou charakteristiku diody je možné nejsnáze měřit v zapojení podle obr. 2. Zdrojem a odporem R se nastavuje propustný proud IF a voltmetrem se měří propustné napětí UF. Je vhodné regulací napětí zdroje nastavovat hodnoty proudů IF. Po dosažení napětí na zdroji 40 V nastavujte proud IF pomocí proměnného odporu. Měřte od malých hodnot proudů až po velikost IFAV jednotlivých diod dané katalogem. A =
Obr. 2 Zapojení pro měření SS parametrů diody
V
Ad 2) Diody pro výkonovou elektroniku jsou určeny zejména k rychlému spínání v obvodech s pulsně šířkovou modulací (PWM). Základním dynamickým požadavkem je tedy vysoká rychlost vypnutí či sepnutí diody charakterizované dobou zotavení diody trr. Propustnou charakteristiku diody je možné nejsnáze měřit v zapojení podle obr. 2. Měření proveďte na osciloskopu s využitím proudové bezkontaktní sondy. Napětí měřte rovněž osciloskopicky. Jako zdroj pulsů použijte generátor s pravoúhlým obdélníkovým výstupem.
A* V*
Osc.
Obr. 3 Měření dynamických parametrů diody jako spínače
V druhé části dynamických měření použijte diodu (SKKE 15) jako usměrňovací zapojenou do obvodu s indukčností (např. 10 uH) a zatěžovacím odporem 10 Ω. U zapojení s indukčností dochází k indukování velmi rušivých špiček napětí. Zaznamenejte tyto napěťové špičky osciloskopem. Špičky vzhledem ke strmosti nelze odfiltrovat elektrolytickými kondenzátory a proto je vhodné přemostit diody zdrojů keramickými kondenzátory (50 nF) paralelně k elektrolytickému. Ověřte a vysvětlete.
A
V
Obr. 3 Dynamický režim diody s indukčností
Zpracování výsledků
Naměřené hodnoty bodů V-A charakteristiky zapisujte do připravených tabulek pro přímý směr, samostatně pro každou diodu. Výsledky měření zpracujte graficky na milimetrový papír formátu A4. V textové části zhodnocení výsledků porovnejte a vyhodnoťte na základě naměřených propustných charakteristik jejich základní statické vlastnosti a u zadaných
vzorků diod určete k jakému účelu jsou vhodné použít.
Určete prahová napětí a z naměřených propustných charakteristik diod statický a dynamický odpor v zadaném pracovním bodě (např. IF=1 A u běžné diody a u výkonové 3 A nebo 8 A). Spočtěte jednotlivé ztrátové výkony na diodách a porovnejte jednotlivé diody. Z naměřených dynamických vlastností jednotlivých diod porovnejte spínací vlastnosti diod v závislosti na frekvenci a vyhodnoťte jednotlivé zotavovací doby diod. Jsou tyto doby závislé na velikosti procházejícího proudu? Jsou funkcí velikosti napětí? Porovnejte dynamické vlastnosti diod a určete jejich použití v aplikacích výkonové elektroniky.
Požadavky na domácí přípravu: 1. Navrhněte způsob a postup měření.
2. Na internetu nalezněte a vytiskněte jednotlivé katalogové listy k uvedeným diodám: KY 132, 1N4001 a 1N4007, výkonové usměrňovací diody (SKKE 15/12), Shotkyho diod (1N5822, PBYR 1645), rychlé diody (BY 329) a inversní diody u tranzistoru IGBT (SKM50GB123).
