MDD高壓二極管在X射線、高壓電源和激光驅(qū)動中的實際應(yīng)用案例

2025-05-26 來源：作者：深圳辰達(dá)半導(dǎo)體有限公司原創(chuàng)文章

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在高壓電子設(shè)備領(lǐng)域，MDD辰達(dá)半導(dǎo)體高壓二極管（High Voltage Diode）因其出色的耐壓能力、低反向漏電流及快速恢復(fù)特性，被廣泛應(yīng)用于X射線機、高壓電源、激光驅(qū)動器等場合。作為FAE，本文將結(jié)合實際案例，深入分析這些應(yīng)用場景中高壓二極管的作用、關(guān)鍵選型考慮及工程挑戰(zhàn)。

一、X射線設(shè)備：高壓整流的核心器件

X射線機內(nèi)部通常包含一個數(shù)十千伏至上百千伏的高壓電源，用于激發(fā)陰極到陽極的高速電子流，產(chǎn)生X射線。其高壓整流部分需要承受極高的反向電壓，并且在長時間工作下維持極低的漏電流。

實際案例：醫(yī)療X射線機

在某醫(yī)療X射線機的高壓電源設(shè)計中，設(shè)計團(tuán)隊采用了串聯(lián)高壓硅堆（由多個高壓二極管串聯(lián)形成），耐壓總值超過100kV。由于X射線機長時間高負(fù)載運行，要求二極管：

反向耐壓≥10kV/只，以滿足串聯(lián)后的總耐壓要求；

正向電流≥數(shù)百毫安，保證足夠的管芯面積散熱；

低反向漏電流，避免在高壓下因漏電造成發(fā)熱和效率下降。

為了避免串聯(lián)不均壓，還需要配合均壓電阻或電容，使各顆二極管分?jǐn)偟姆聪螂妷壕猓苊鈧€別管子提前擊穿。

二、高壓電源：快速恢復(fù)特性助力高效能量轉(zhuǎn)換

高壓開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于等離子體發(fā)生器、加速器、靜電噴涂等工業(yè)場景，這類電源不僅要求高耐壓，還必須具備快速開關(guān)能力，以提高功率轉(zhuǎn)換效率。

實際案例：等離子發(fā)生器用高壓電源

某等離子設(shè)備制造商的電源設(shè)計方案中，采用了耐壓12kV、反向恢復(fù)時間trr小于200ns的高壓二極管，用于高頻整流模塊。傳統(tǒng)整流管由于恢復(fù)速度慢，導(dǎo)致開關(guān)過程出現(xiàn)嚴(yán)重的反向恢復(fù)損耗，而選用快恢復(fù)型高壓二極管后，整體系統(tǒng)效率提高了8%。

設(shè)計注意點：

快速恢復(fù)能力：trr越小，越適用于幾十kHz甚至數(shù)百kHz的高頻開關(guān)場合。

峰值浪涌電流能力：在開關(guān)機、負(fù)載突變時，二極管需承受數(shù)倍于額定的沖擊電流，選型時需考慮Isurge參數(shù)。

三、激光驅(qū)動器：高壓脈沖下的高可靠性

激光二極管驅(qū)動器、固體激光器泵浦電源等需要在短時間內(nèi)提供高壓、高電流脈沖，驅(qū)動負(fù)載工作。這類脈沖電路中的高壓二極管不僅要承受高反向電壓，還需具備極快的關(guān)斷能力，以避免電流反串影響驅(qū)動波形。

實際案例：脈沖固體激光器驅(qū)動電源

某科研單位在開發(fā)高功率脈沖激光系統(tǒng)時，采用了耐壓15kV、正向平均電流1A、峰值浪涌電流10A、反向恢復(fù)時間小于100ns的高壓快恢復(fù)二極管。其作用是在主開關(guān)管斷開瞬間迅速切斷回路，防止反向電流沖擊驅(qū)動器件，同時提升輸出脈沖的前沿陡度。

工程挑戰(zhàn)：

散熱設(shè)計：脈沖下瞬時功耗大，需配合銅基板或強制風(fēng)冷散熱。

封裝選擇：高壓、大電流應(yīng)用需選用陶瓷封裝或特種高壓模塊，以提升耐壓和可靠性。

四、總結(jié)：高壓二極管選型核心

無論是X射線機的高壓整流、高壓電源的高頻轉(zhuǎn)換，還是激光驅(qū)動的脈沖應(yīng)用，高壓二極管都是不可或缺的關(guān)鍵器件。選型時，F(xiàn)AE需要綜合考慮：