Verlustleistung der Diode
Einleitung
Durch die Diode fließt Strom und Spannung, dies führt zu einer Leistung in der Diode. Diese Verlustleistung möchten wir uns in diesem Beitrag genauer anschauen.
Grundsätzlich kann man die Verlustleistung in der Diode in stationäre Verlustleistungen und Schaltverluste unterscheiden.
Allgemein – Verlustleistung Diode
Die Leistung bzw Verlustleistung durch die Diode ergibt sich allgemein wie immer durch die Multiplikation aus Strom und Spannung. (P=U*I).
Daher ergibt sich, wenn der Diodenstrom und die Diodenspannung ungleich 0 ist, ergibt sich eine bestimmte Leistung / Verlustleistung.
Man muss unterscheiden zwischen stationären Verlusten der Diode und Schaltverlusten. Im Folgenden werden diese beiden, bei der Diode anfallenden Leistungen genauer erklärt.
Stationäre Verlustleistung der Dioden
Flussbereich
Wird die Diode in Flussrichtung betrieben, soll sich diese ideal wie ein geschlossener Schalter verhalten. Das bedeutet, es soll ein hoher Strom durch die Diode fließen und eine geringe Spannung an der Diode abfallen.
Die tatsächlichen Strom- und Spannungswerte können über die Diodenkennlinie ermittelt werden.
Es fließt also ein bestimmter Strom durch die Diode und eine bestimmte Spannung fällt über der Diode ab. Somit ergibt sich nach P = U*I eine bestimmte Leistung durch die Diode.
Sperrbereich
In Sperrrichtung soll sich die Diode wie ein offener Schalter – also wie eine Unterbrechung im Stromkreis – verhalten. Also ideal kein Strom durch die Diode und einen hoher Spannungsabfall über der Diode.
In Realität fließt aber der sogenannte Sperrstrom / Leckstrom durch die gesperrte Diode.
⇨ Leckstrom / Sperrstrom
Auch hier kann der Strom und die Spannung durch die Diode anhand der Diodenkennlinie abgelesen werden. Und die Leistung ergibt sich somit ebenfalls, wie immer, durch P = U*I.
Schaltverluste der Diode
Nun kann natürlich entweder von Sperr- in den Flussbereich oder andersherum vom Fluss- in den Sperrbereich umgeschaltet werden.
Dieses Umschalten benötigt Zeit und Strom und Spannung nehmen bestimmte Werte an, wodurch die Leistung steigen kann.
Besonders wichtig sind die Schaltverluste der Diode logischerweise, wenn die Diode in einer Schaltung oft geschaltet wird.
Man unterscheidet zwischen Einschaltverlusten und Ausschaltverlusten.
Ausführlicher Beitrag zu den Schaltverlusten:
⇨ Schaltverluste
Einschaltverlusten
Die Einschaltverluste sind für die gesamten Schaltverluste nicht so wichtig / relevant im Vergleich zu den Ausschaltverlusten. Dies ist auch im Verlauf zu erkennen. Die Einschaltverluste liegen unter den stationären Verlusten.
Ausschaltverluste
Im unten stehenden Bild ist speziell der Ausschaltvorgang darstellt. Es ist das Verhalten von Strom und Spannung abgebildet sowie das daraus resultierende Verhalten der Leistung.
In der Theorie ist die Leistungsspitze nach dem die Spannung die ~0V durchbricht. Das bedeutet in dem Moment, wo die Diode vom thermischen Gleichgewicht in den Sperrzustand übergeht.
Die Simulation zeigt auf der ganz linken und ganz rechten Seite der Kennlinie die stationäre Verlustleistung. Im Sperrzustand liegen diese bei ca. 75mW und im Flusszustand bei ca. 0mW.
Im Schaltvorgang geht die Leistung kurz herunter dann wieder hoch und danach bildet sich eine Spitze.
Das erste heruntergehen der Leistung ist bedingt durch das hier langsame Absteigen des Stroms. Der Strom geht kurz auf Null und steigt dann ins negative. Deshalb geht die Leistung auch kurz auf Null. Wäre die Steigung des Stromes steiler, würde die Leistung auch nur sehr kurz auf Null gehen.
Danach kommt eine kurze Spitze. Diese sieht nur wie eine solche aus, ist aber ungefähr auf einem Wert wie die stationäre Leistung.
Schlussendlich kommt dann aber die tatsächliche Leistungsspitze. Diese Spitze ist fast doppelt so groß wie die stationären Verluste. Gerade bei Dioden welche oft hin-und-her geschaltet werden, kann dann diese Leistung von großer Relevanz sein.
Maximale Verlustleistung der Diode
Namensgebend ist die maximale Verlustleistung die Leistung welche bei einer Diode maximal entstehen darf. Wird diese überschritten, wird die Diode potentiell zerstört. Die maximale Leistung kann, wie unten dargestellt, in der Diodenkennlinie eingetragen werden.
