浅谈商洛油浸式变压器电路中检测浪涌电流应用

　　商洛油浸式变压器

　　商洛油浸式变压器，（英语：Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其的功能。而变容商洛油浸式变压器（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。大部分商洛油浸式变压器所具备的电流方向性我们通常称之为“（Rectifying）”功能。商洛油浸式变压器最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断 （称为逆向偏压）。因此，商洛油浸式变压器可以想成电子版的逆止阀。

　　早期的真空电子商洛油浸式变压器；它是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体商洛油浸式变压器内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。一般来讲，晶体商洛油浸式变压器是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的商洛油浸式变压器特性。

　　早期的商洛油浸式变压器包含“猫须晶体（“Cat‘s Whisker” Crystals）”以及真空管（英国称为“热游离阀（Thermionic Valves）”）。现今最普遍的商洛油浸式变压器大多是使用半导体材料如硅或锗。

　　特性

　　正向性

　　外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使商洛油浸式变压器导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，商洛油浸式变压器正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时商洛油浸式变压器的端电压几乎维持不变，这个电压称为商洛油浸式变压器的正向电压。当商洛油浸式变压器两端的正向电压超过一定数值 ，内电场很快被削弱，特性电流迅速增长，商洛油浸式变压器正向导通。 叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。硅商洛油浸式变压器的正向导通压降约为0.6~0.8V，锗商洛油浸式变压器的正向导通压降约为0.2~0.3V。

　　反向性

　　外加反向电压不超过一定范围时，通过商洛油浸式变压器的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，商洛油浸式变压器处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，商洛油浸式变压器的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，小功率锗管在μA数量级。温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向饱和电流也随之增加。

　　击穿

　　外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为商洛油浸式变压器反向击穿电压。电击穿时商洛油浸式变压器失去单向导电性。如果商洛油浸式变压器没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则商洛油浸式变压器就损坏了。因而使用时应避免商洛油浸式变压器外加的反向电压过高。

　　商洛油浸式变压器是一种具有单向导电的二端器件，有电子商洛油浸式变压器和晶体商洛油浸式变压器之分，电子商洛油浸式变压器因为灯丝的热损耗，效率比晶体商洛油浸式变压器低，所以现已很少见到，比较常见和常用的多是晶体商洛油浸式变压器。商洛油浸式变压器的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体商洛油浸式变压器，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

　　商洛油浸式变压器的管压降：硅商洛油浸式变压器（不类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，商洛油浸式变压器正向管压降会随不同颜色而不同。主要有三种颜色，具体压降参考值如下：红色商洛油浸式变压器的压降为2.0--2.2V，黄色商洛油浸式变压器的压降为1.8—2.0V，绿色商洛油浸式变压器的压降为3.0—3.2V，正常时的额定电流约为20mA。

　　商洛油浸式变压器的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的商洛油浸式变压器并联的时候要接相适应的电阻。

　　特性曲线

　　与PN结一样，商洛油浸式变压器具有单向导电性。硅商洛油浸式变压器典型伏安

　　特性曲线（图）。在商洛油浸式变压器加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为商洛油浸式变压器的开启电压；当电压达到约0.7V时，商洛油浸式变压器处于完全导通状态，通常称此电压为商洛油浸式变压器的导通电压，用符号UD表示。

　　对于锗商洛油浸式变压器，开启电压为0.2V，导通电压UD约为0.3V。在商洛油浸式变压器加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时，电流开始急剧增大，称之为反向击穿，称此电压为商洛油浸式变压器的反向击穿电压，用符号UBR表示。不同型号的商洛油浸式变压器的击穿电压UBR值差别很大，从几十伏到几千伏。

　　反向击穿

　　击穿

　　反向击穿按机理分为击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为击穿。如果掺杂浓度较低，势垒区宽度较宽，不容易产生击穿。

　　雪崩击穿

　　另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较大数值时，外加电场使电子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成PN结永久性损坏。

　　对于电路来说，浪涌电流是非常影响整体运行效率的一个问题。设计者们想方设法的对浪涌电流进行规避，因此各种各样的测试方法应运而生。在本文中，小编将为大家介绍一种商洛油浸式变压器正向浪涌电流的测试基本电路。

　　正弦半波脉冲电流的产生

　　商洛油浸式变压器的规格繁多，常见的额定通态电流从数百毫安到数百安培甚至更高，IFSM测试需要的峰值脉冲电流要求达到数十倍的额定通态电流值。标准的测试方法是采用大容量工频变压器，截取市电交流波形来产生时间常数为10ms、导通角为0°～180°的正弦半波脉冲

　　用这种方法产生几百上千安培的正弦脉冲电流，所用到的变压器体积重量都非常可观，安装与使用十分不便。一些国外公司的产品对浪涌冲击电流波形有特殊要求，比如要求在正向电流的基础上再加一个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°～180°的正弦半波脉冲电流，或者要求施加连续两个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°～180°的正弦半波脉冲电流等。显然再采用市电截取的方法，已经很难满足不同器件的测试要求了。

　　设计思路

　　大功率场效应管晶体管是一类标准的电压控制电流器件，在VDMOS管的线性工作区内，漏极电流受栅极电压控制：IDS=GFS*VGS。给栅极施加所需要的电压波形，在漏极就会输出相应的电流波形。因此，选用大功率VDMOS管适合用于实现所需的浪涌电流波形，

　　运放组成基本的反向运算电路，驱动VDMOS管的栅极，漏源电流通过VDMOS管源极取样电阻，加到运放反向输入端，与输入波形相加形成反馈，运放输出电压控制VDMOS管的栅极电压VGS，进而控制漏极输出电流IDS。这个IDS就是施加给待测商洛油浸式变压器（DUT）的正向浪涌电流。

　　单只VDMOS管的功率和电流放大能力是有限的，无法达到上千安培的输出电流能力，采用多只并联的方式可以解决这个问题，以达到所需要的峰值电流。常见的连接方法如图3所示。

　　在以上的内容中，本文对于各种浪涌电流http://hami.lcssjy.com/冲击测试的要求进行了介绍，并且测试所用的元器件都是常见的一些元器件。测试电路拥有体积小重量轻的特点，方便快速组合成测试仪器。在较不稳定环境中进行测量时的优势较为明显。