二极管的耗散功率解析

二极管是电子设计中最常见的器件之一。根据应用的场合，工程师们更关注二极管的类型、正向电流、反向耐压和开关时间等。相对来说，耗散功率（Power Dissipation）也是同等重要。
　　众所周知，二极管具有单线导电性。根据半导体材料，分为硅二极管和锗二极管；据应用场合，分为整流二极管、检波二极管、开关二极管和稳压二极管。
　　
　　
　　图1 常见二极管
　　对于一些场合，比如电源整流，需要考虑耗散功率问题。耗散功率的定义：某一时刻电网元件或者全网有功输入总功率与有功输出总功率的差值。在线性条件下，导通的耗散功率计算比较简单，PD=I2R，或者PD=U2/R。在开关状态下，计算相对比较复杂。
　　二极管的耗散功率与允许的节温有关，硅二极管允许的最大节温是150℃，而锗允许最大节温85℃。半导体工作温度是有限的，当实际的功率增大是，其节温也将变大，当节温达到150℃是，此时的功率就是最大的耗散功率。当然，耗散功率与封装大小也有一定的关系，通常封装大点的器件，其最大耗散功率也相对大点，最常见的就是大功率器件拥有大体积，大面积的散热金属面。
　　一个具体型号的二极管其耗散功率与测试条件有关，比如测试环境温度和散热条件。通常情况下，测试出来的最大耗散功率是在25℃下。随着环境温度的升高，其最大的耗散功率将减少，因为该条件下的导热温差变小，比如说在25℃下，某二极管耗散功率能达到1W，在75℃情况下，耗散功率可能变成0.4W。允许最大耗散功率与散热条件有关，散热条件越好，耗散功率越高，在同一环境温度下，耗散功率为1W，加了散热片之后，耗散功率可能变为1.7W。
　　表征散热措施的一个参数是热阻。热阻反映阻止热量传递能力的综合参量。热阻跟电子学里的电阻类似，都是反映“阻止能力”大小的参考量。热阻越小，传热能力越强；反之，热阻越大，传热能力越小。从类比的角度来看，热量相当于电流，温差相当于电压，热阻相当于电阻。其中，热阻Rja：芯片的热源结到周围冷却空气的总热阻，其单位是℃/W，表示在1W下，导热两端的温差。
　　以1N4448HWS为例，查看其手机手册，可知其热特性如下：
　　
　　图2 热特性参数
　　从中可知，其耗散功率PD=200mW，热阻为625℃/W，其中这两个量是环境温度25℃，焊在FR-4材质 PCB条件下测试的，如手册说明Part mounted on FR-4 PC board with recommended layout 。
　　耗散功率与环境温度有关，温度越大，耗散功率越小，1N4448HWS耗散功率与环境温度关系如下：
　　
　　图3 耗散功率与环境温度关系