高壓硅堆

高壓硅堆具有體積小、重量輕、機械強度高、使用簡便和無輻射等優點，普遍用於直流高壓設備中作為基本的整流元件。實際上一個硅堆常由數個至數十個硅整流二極管串聯封裝而成。具有單向導電性的硅二極管的正反向伏安特性圖1所示，由圖1可知當二極管上外加正向電壓U_f很小時正向電流很小，但當U_f大於某一值U_F後正向電流I_f，則隨U_f的增大而迅速增大，通常稱U_F為“死角電壓”，對於高壓硅整流二極管U_F約為0.4 V~0.6 V。又當外加反壓U_r於二極管時則二極管呈現很大阻抗，其反向電流I_r很小(約幾微安)，並隨反壓增加而稍有增長，但當反壓超過某一值U_R後I_r則急劇增，則U_R稱為擊穿電壓，高壓硅整流二極管的U_R可達數千伏至上萬伏。

硅二極管和硅堆基本技術參數如下：

1.額定整流電流I_f—指的是通過二極管的正向電流在一個週期內的平均值。在選擇整流元件時顯然應使其I_f≥I_d，即運行中通過二極管的電流不應大於I_f。

2.正向壓降U_f—當二極管通過的正向電流為額定值If時在管子兩端的壓降。

3.額定反峯電壓值U_r一即二極管截止時在管子兩端允許出現的最高反向工作電壓峯值。它是電容器上電壓和變壓器輸出電壓之差，它的波形基本上相當於一個帶直流分量的正弦波。在選擇整流元件時應使U_r滿足下式：

式中，U_T—工頻試驗變壓器T的輸出電壓(有效值) ；

S—紋波因數；

U_d—輸出直流電壓算數平均值。

否則管子可能出現反向擊穿。一般U_r選為它的擊穿電壓的1/2～2/3，即Ur=(1/2～2/3)U_R。

4.反向平均電流I_r—在最高反向工作電壓作用下流過管子的反向電流平均值。 ^[2] 

使用硅堆時還應掌握它的過載特性，一般硅堆的正向損壞是由於二極管PN結的熱擊穿造成的，根據大功率硅整流元件技術標準規定，PN結的最高允許工作温度為140℃

因此在正常工作時結温必須低於140℃，不然會引起硅堆特性變壞和加速封裝硅堆的絕緣介質的老化，從而影響硅堆使用壽命。為了在正常工作狀態下保證PN結的温度不超過允許温度，必須注意以下幾點：

1.所用硅堆的額定正向整流電流峯值，應不小於其在正常實際工作狀態中的電流最大值。特別是對一些正常工作狀態下負載側經常發生閃絡或擊穿的直流高壓設備(例如靜電除塵器中)的硅堆，If值應適當選大一些。此外所規定的額定整流電流值If，一般是指在自然對流冷卻下的允許使用值，如果採用油冷，則整流電流大約可提高一倍。

2.根據高壓硅堆的頻率特性可分工頻高壓硅堆(用2DL表示)和高頻高壓硅堆(用2DGL表示)。工頻高壓硅堆所整流的電流頻率應在3 kHz以下，高頻高壓硅堆所整流的電流頻率可在3 kHz以上。對於高頻電壓的整流應使用相應的高頻高壓硅堆。

3.高壓硅堆所標稱的額定整流電流值是指在使用環境温度為室温時的平均整流電流值。如在較高的環境温度下工作時，所允許的整流電流值應相應地減小。圖2為環境温度與被允許的平均整流電流百分比的關係曲線。

4.高壓硅堆的結温是由於PN結的功率損耗對結部加熱所致，而結功率損耗還與整流電流的波形和施加的反向電壓有關。例如，當波形為非正弦波而是矩形波時，硅堆的整流電流值應減小。當反向電壓較高時尚需考慮反向功率損耗(一般情況下可忽略)，務必使其不要超過元件允許值。

但是在事故狀態下，例如試品發生擊穿或閃絡，則硅堆有可能流過很大的正向電流，此時結温允許在一短時間內超過額定最高允許結温，若時間很短則尚不致造成損壞。但若在某一給定的時間問隔內，電流值超過了相應的某一限度，則PN結可能因過流而使元件燒燬。另外，即使電流值不超過這個限度，這種過電流的衝擊次數在硅堆的整個使用壽命期間也不能太多(大約在幾百次)。表示硅堆在多長的時間間隔內，允許流過多大的故障電流的特性，稱為過載特性(此時結温不能超過160℃)，而該允許的電流值稱為過載電流額定值。圖3分別為額定整流電流為150 mA和0.5A硅堆的過載特性曲線。

為了保護硅堆必須保證流過硅堆的事故電流(峯值)不超過允許的過載電流(峯值)，一般只需在高壓回路選用合適的限流電阻R即可。但在一些額定電流較大、持續運行時間較長的直流高壓設備中，為了避免電阻會增加設備在正常工作狀態下的功率損耗，常不採用R而選用晶閘管、過流繼電器和快速熔斷器等元件作為過電流保護。 ^[2] 

黑白電視機遇潮濕天氣在高壓包腔內容易產生高壓打火的現象。火花將高壓硅堆圓柱體表面擊刻成條條溝槽，使硅堆在高電壓下，外表面拉弧導通，顯像管第二陽極無高壓，造成電視無光柵。

這時，可把高壓硅堆圓柱表面的碳化物用刀刮除，再用砂紙打磨乾淨，只要用表測量硅堆的性能仍屬好的，即可在它的表面塗敷一層環氧樹脂，待固化後即可使用。

高壓包在清除腔內碳化物後可以使用。 ^[3]