快康复二极管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向康复时刻短特色的半导体二极管,首要使用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中,作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管运用。 快康复二极管的内部结构与一般PN结二极管不同,它归于PIN结型二极管,即在P型硅资料与N型硅资料中心添加了基区I,构成PIN硅片。因基区很薄,反向康复电荷很小,所以快康复二极管的反向康复时刻较短,正向压降较低,反向击穿电压(耐压值)较高。
快康复二极管是指反向康复时刻很短的二极管(5us以下),工艺上多选用掺金办法,结构上有选用PN结型结构,有的选用改善的PIN结构。其正向压降高于一般二极管(1-2V),反向耐压多在1200V以下。从功能上可分为快康复和超快康复两个等级。前者反向康复时刻为数百纳秒或更长,后者则在100纳秒以下。
肖特基二极管是以金属和半导体触摸构成的势垒为根底的二极管,简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode),具有正向压下降(0.4–0.5V)、反向康复时刻很短(10-40纳秒),并且反向漏电流较大,耐压低,一般低于150V,多用于低电压场合。
快康复二极管反向康复时刻及参数
快康复二极管的反向康复特性决议着功率变换器的功能,在双极功率晶体管的电流下降时刻大于1us(注册时刻约100ns)时期,二极管的反向康复在双极功率晶体管的注册进程中完结,并且双极功率晶体管到达额外集电极电流的1/2-2/3左右后跟着Ic上升Hfe急剧下降,约束了二极管的反向康复电流的峰值,在某种意义上,也限剬了di/dt,双极功率晶体管的注册进程掩盖了二极管的反向康复特性,因而对二极管的反向康复仅仅是反向康复时刻提出要求。
跟着功率半导体器材的开关速度进步,特别是Power M0SFET、高速IGBT的呈现,不只注册速度快(能够在数十纳秒内将MOSFET彻底导通或关断),并且在额外驱动条件下,其漏极/集电极电流能够到达额外值的5-10倍,使MOS或IGBT在注册进程中发生高的反向康复峰值电流IRRM,一起M0S或IGBT在注册进程完毕后二极管的反向康复进程依然存在,使二极管的反向康复特性彻底露出出来,高的IRRM、di/dt使开关管和快速二极管自身遭到高峰值电流冲击并发生较高的EMT。因而对二极管的反向康复特性不只仅限于反向康复时刻短,并且要求反向康复电流峰值尽或许低,反向康复电流的下降,上升的速率尽或许低,即超快、超软以下降开关进程中反向康复电流对开关电流的冲击,减小开关进程的EMI。
1. 反向康复参数与使用条件
一般的超快速二极管的反向时刻界说为小于100ns,高耐压超快康复二极管的反向康复时
同trr比低耐压的长,如耐压200V以下的超快康复二极管的典型反向康复时刻在35ns以下,
耐压600V的典型反向康复时刻约75ns,耐压1000V的超快康复二极管的典型反向康复时刻约100-160 ns。各生产厂商的产品的反向康复特性(首要是反向康复时刻trr和反向康复峰值
电流IRRM)是不同的。
1.1 trr与If和di/dt的联系
trr与If和di/dt的联系如图1所示:
图1 trr与If和-di/dt的联系
从图中可见,跟着二极管的正向电流lf的添加反向康复时刻trr跟着添加:di/dt的添加,反向康复时刻trr减小。因而,以测验小信号开关二极管的测验条件IF=IR=10ma为测验条件的反向康复时刻不能照实体现实践使用状况:以固定正向电流(如1A)为测验条件也不能在实践使用中得到客观再现;不同电流层次以其额外正向电流或其1/2为测验条件则相对客观。
1.2 反向康复时刻与反向电压的联系
反向康复时刻随反向电压添加,假如600V超快康复二极管在反向电压为30V时,反向康复时刻为35ns,向反向电压为350V时其反向康复时刻添加,因而,仅从产品挑选指南中按所给的反向康复时刻选用快速二极管,如反向电压的测验条件不同,将导致实践的反向康复时刻的不同,应尽或许的参照数据手册中给的相对契合测验条件下的反向康复时刻为根据。
1.3 反向康复峰值电流IRRM
反向康复峰值电流IRRM随-di/dt添加,因在不同-di/dt的测验条件下,IRRM的幅值是不同的。
IRRM随反向作业电压上升,因而额外电压为1000V的快速二极管,在相同的-di/dt条件下,但反向作业电压不一起(如500V与1000V)则IRRMM是不能比较较的。
1.4 结温T的影响
反向康复时刻trr随作业结温上升,结温125 时的反向康复时刻是结温25时的近2倍。反向康复峰值电流IRRM随作业结温上升,结温125时的反向康复峰值电流是结温25时的近1.5倍。反向康复电荷Orr随作业结温上升,结温125时的反向康复电荷是结湿25时的近3倍以上。
1.5 反向康复损耗
二极管的反向康复损耗是在反向康复进程的后半部分t1-t2期间,其损耗的巨细与IRRM和t1-t2的巨细有关,在人极管的反向康复进程中,而开关管的注册损耗一直存在。很明显,快速反向康复二极管的反向康复损耗与开关管的注册损耗随IRRM和反向康复时时刻添加。
1.6 IRRM、反向康复损耗及EMI的减小
在实践使用中快速反向康复二极管的反向康复进程将影响电路的功能,为寻求低的反向康复时刻,或许会挑选高的di/dt,但会引起高的IRRM、振铃、电压过冲和高的EMI并添加开关损耗。
若恰当减小di/dt可下降IRRM、EMI,消除振零和电压过冲和由此发生的损耗,di/dt的下降是经过下降开关管的注册速度完成,开关管的开关损耗将添加,因而,改动di/dt不能从本质上处理快速反向康复二极管的反向康复存在的悉数问题,有必要改用功能更好的快速反向康复二极管,即IRRM低、trr短、反向康复特性软,经过各种快速反向康复二极管的数据,能够找出功能好的快速反向康复二极管。
2. 新式快速反向康复二极管
近年来为减小快速反向康复极管的反向康复时刻trr、反向康复峰值电流lrrm和过硬的反向康复特性,呈现了高功能超快软康复二极管或称为高频快康复二极管,与惯例快速反向康复二极管比较,新式超快速反向康复二极管的实践反向康复时刻trr下降到25 ns左右,反向康复峰值电流IRRM下降到额外正向电流的1/4或更多,反向康复特性软化。如图7所示。很明显,新式超快反向康复二极管的反向康复时刻和反向康复峰值电流远低于图1器材。可削减功率变换器中的开关管和二极管的开关损耗、输出电压尖峰和EMI。