Voltaj dayanımını artırmak için diyotları seri bağlamak

[taydin]

Pratikte birçok uygulama için, gereken voltaj dayanımına sahip diyodu piyasada bulabiliyoruz. Örneğin bir doğrultucu için 100 V luk, bir rölenin ters EMK sını söndürmek için 1000 V luk diyot bulabiliyoruz. Daha yüksek voltaj dayanımına sahip bir diyot gerekiyorsa, artık piyasada yaygın bulunan diyotlar iş görmüyor ve bu durumda iki seçeneğimiz var:

1) Uygun voltaj dayanımına sahip bir diyot modeli bulup onu kullanmak.

2) Belli bir voltaj dayanımına sahip diyotlardan iki tane seri bağlayıp kullanmak.

Bunlardan 1. seçenek tabi en uygunu. Ama standart voltaj seviyelerinin üzerinde voltajlara dayanan diyotlar hem zor bulunuyor, hem de fiyatları standart diyotlara göre kat kat fazla oluyor. O yüzden 2. seçek üzerinde duralım. Örneğin 1000 V ters voltaj dayanımına sahip 1N4007 diyodundan iki tane seri bağlarsak, bu iki diyodun toplamda ters voltaj dayanımı 2000 V olur mu?

 

[taydin]

Bu şekilde seri bağlı iki diyodun iki kat daha yüksek ters voltajda güvenli bir şekilde çalışabilmesi için bazı tedbirlerin alınması lazım. Seri bağlı diyotlarda aşağıdaki sorunlar ortaya çıkacaktır ve bunlara uygun bir çözüm getirmemiz lazım:

1) Seri bağlı iki diyodun ters sızıntı akımları eşit olmayacaktır, o yüzden de ters polarize edildikleri zaman üzerlerinde eşit voltaj düşmeyecektir. Örneğin iki tane 1N4007 seri bağlı ve bunların uçlarına 2000 V bağladık. İlk diyodun üzerinde 1300 V, ikinci diyodun üzerinde 700 V düşebilir.

2) Bu seri bağlı iki diyodun dinamik çalışma karakteristikleri de tam olarak aynı olmayacaktır. Örneğin iki tane seri 1N4007 ile 2000 V da doğrultma yapıyorken, iletimde yalıtıma, yalıtımdan da iletime geçme süreleri farklı olacaktır. Bu yüzden de, kısa süreler için de olsa, yavaş olan diyot 1000 V un çok üzerinde voltajlar görecek.

 

[taydin]

Buradaki ilk sorunu çözmek için, diyotlara paralel dirençler yerleştirip ters voltajın aşağı yukarı eşit taksim edilmesini sağlamamız lazım. Bunun için de genel kural olarak şöyle bir kriter kullanabiliriz:

Diyodun en kötü durumdaki ters kaçak akımına bakıyoruz ve bu akımın 10 mislini geçirecek şekilde paralel direnç bağlıyoruz. 1N4007 örneğinden gidersek, bu diyodun en kötü durumdaki ters kaçak akımı 50 µA olduğunu datasheet'ten görüyoruz. Çalıştığımız voltaj seviyesi de 2000 V, o halde ohm kanunundan:

[math] R_p = \frac{2000}{500\times{10^{-6}}} = 4 M\Omega[/math]Yani eğer her iki diyoda da standart bir değer olan 4.7 MΩ paralel bağlarsak bu sorunu halletmiş oluyoruz.

 

[taydin]

İkinci sorunu çözmek için de diyotlara 100 nF gibi paralel kondansatör bağlayabiliriz. Bu kondansatörün tabiki bizim örnekteki toplam voltaj olan 2000 V a dayanıklı olması lazım. Paralel bağlı olan bu kondansatör, diyotlar üzerindeki voltajların değişimini sınırlandıracaktır ve neticede de iki diyot üzerindeki voltaj farkının sınırlı olmasını sağlayacaktır.

 

[taydin]

Yukarıdaki tedbirlerin uygulandığı bir yarım dalga doğrultucu aşağıdaki gibidir:

Bu devre, benim yapmaya çalıştığım yüksek voltajlı güç kaynağında kullanılacak olan devre. Giriş voltajı 910 Vrms veya 1286 Vp.

 

[DonKişot]

Zenerlerin ilave elektronik elemanlar kullanmadan seri bağlandıklarını görüyorum ders kitaplarında ve örnek devrelerde. Zenerler için farklı bir durum mu var?

 

[taydin]

Zenerlerin ters voltaj davranışı, akım/gerilim grafiğine bakınca, diyodun ters voltaj davranışına çok benzer görünse de fiziksel mekanizmalar birbirinden farklı.

Zenerde ters voltaj belli bir değere ulaştığında, zenerden geçen akım aniden artıyor ve uygun bir seri direnç de olduğunu varsayarsak bu akım sürekli olarak geçmeye devam ediyor. Zenere de hiçbirşey olmuyor.

Ama bir diyotta ters voltaj belli bir değere ulaştığında, diyottan geçen akım aniden artıyor (bu duruma avalance, çığ deniyor) ve diyodun kullanım amacından dolayı herhangi bir seri direnç de olmadığından bu geçen akımı sınırlandıran birşey de olmamış oluyor. Neticede diyotta kalıcı hasar meydana geliyor.

Daha önce 1N4007 ile bu avalanche deneyini yapmıştım. 10 MΩ seri direnç bağlı iken voltajı 2.5 kV'a kadar artırdım ve bu çok yüksek seri dirence rağmen diyotta belli bir hasar meydana gelmişti. Diyot tam bozulmadı, ama ters yönde sızdırmaya başladı. Bu deneyi, daha kontrollü şartlarda tekrar yapacağım.

 

[taydin]

Bu konuyu araştırırken, yüksek voltaj doğrultma uygulamaları için özel diyotların geliştirildiğini gördüm. Bunlara "avalanche diode" deniyor. Bu tip diyotların doğrultucu amacıyla kullanılan çeşitlerinin yanında, RF sistemlerde gürültü üreteci olarak, hassas devre girişlerini aşırı voltaja karşı koruma, referans voltaj elde etme amacıyla kullanılan modelleri de var. Ama bizim burada ilgilendiğimiz uygulama doğrultucu.

Avalance rectifier tipteki diyotlar hem halihazırda yüksek voltajlarda çalışıyorlar, hem de sorunsuz bir şekilde seri bağlanabiliyorlar. Özel yapıları nedeniyle aşırı yüksek voltajda avalanche meydana geldiğinde bu durum kısa süreli olması şartıyla diyoda herhangi bir zarar vermiyor. Bu tip diyotlar seri bağlandıklarında oluşan dengesiz voltaj düşümleri, her bir diyodun kendi ters voltajında iletime geçmesiyle neredeyse anında dengelenmiş oluyor.

Aşağıdaki linkte bu konu ile ilgili kısa ve güzel bir açıklama var:

High voltage avalanche diodes

Özdisan'da tam da böyle bir diyodu buldum. Hem aynı paketin içinde iki diyot birden var (yarım dalga doğrultucu ve voltaj katlayıcısı için iki diyot gerekiyor) hem de voltaj dayanımı 1800 V. Benim uygulama için 1300V bile yeterli.

Ürünler - ÖZDİSAN A.Ş. | Elektronik Komponent Distribütörü

- Yüzbinlerce elektronik komponente ozdisan.com’ da ulaşın. Avantajlı fiyatlarla sepete ekleyin, stoktan teslim satın alın | Özdisan Elektronik

www.ozdisan.com

 

[yesilu]

mikrodalga fırınlarda da 12kv luk bir diyot var, tek parça ama içeride seri bağlı birkaç diyottan oluşuyor olabilir

 

[taydin]

mikrodalga fırınlarda da 12kv luk bir diyot var, tek parça ama içeride seri bağlı birkaç diyottan oluşuyor olabilir

Bozuk bir tane eline geçerse bir ameliyat et istersen Bence de muhtemelen seri bağlı diyotlardan oluşuyordur.