??快速軟恢復二極管的工作原理及參數(shù)影響
作者：海飛樂技術(shù) 時間：2018-05-23 20:38
恢復過程很短的二極管，特別是反向恢復過程很短的二極管稱為快速恢復二極管(Fast Recovery Diode)。高頻化的電力電子電路不僅要求快速恢復二極管的正向恢復特性較好，即正向瞬態(tài)壓降小，恢復時間短；更要求反向恢復特性也較好，即反向恢復時間短，反向恢復電荷少，并具有軟恢復特性。
開通特性
二極管的開通也有一個過程，開通初期出現(xiàn)較高的瞬態(tài)壓降，經(jīng)過一定時間后才能處于穩(wěn)定狀態(tài)，井具有很小的管壓降。這就是說，二極管開通初期呈現(xiàn)出明顯的“電感效應”，不能立即響應正向電流的變化。圖1所示為管壓降隨時間變化的曲線，其中UFF為正向峰值電壓，trr為正向恢復時間。圖2所示為二極管開通電流的波形，電流上升率用diF/dt表示。在正向恢復時間內(nèi)，正在開通的二極管具有比穩(wěn)態(tài)大的多的峰值電壓UFF。當正向電往上升率超過50A/µs時，在某些高壓二極管中具有較高的瞬態(tài)壓降。這一概念在緩沖電路中的快速應用時顯得非常重要。
開通時二極管呈現(xiàn)的電感效應，除了器件內(nèi)部機理的原因之外，還與引線長度、器件封裝采用的磁性材料等因素有關(guān)。電感效應對電流的變化率最敏感，因此開通時二極管電流的上升率di/dt越大，峰值電壓UFF就越高，正向恢復時間也越長。
圖1 管壓降隨時間變化的曲線
圖2 二極管導通電流波形
關(guān)斷特性
所有的PN結(jié)二極管，在傳導正向電流時，都將以少子的形式儲存電荷。少子注入是電導調(diào)制的機理，它導致正向壓降(VF)的降低，從這個意義上講，它是有利的。但是當正在導通的二極管突然加一個反向電壓時，由于導通時在PN結(jié)區(qū)有大量少致載流子存貯起來，故到截止時要把這些少數(shù)載流子完全抽出或是中和掉是需要一定時間的，即反向阻斷能力的恢復需要經(jīng)過一段時間，這個過程就是反向恢復過程，發(fā)生這一過程所用的時間定義為反向恢復時間(trr)。值得注意的是在未恢復阻斷能力之前，二極管相當于處于短路狀態(tài)。
用軟化系致S(Softness factor)來描述反向恢復電流由最大值IRM消失的速率：
（1）
反向恢復電流的下降速度di/dt是一個重要的參數(shù)。若di/dt過大，由于線路存在電感L，則會使反向峰值電壓URM過高，有時出現(xiàn)強烈振蕩，致使二極管損壞，可以用軟特性和硬特性的概念來表示di/dt對反向特性的影響。軟化系數(shù)S還可以表示為：
(2)
通過上式可以預測反向峰值電壓的幅值：
（3）
其中，L為電路總電感，URM即為二極管反向恢復時施加于有源器件的峰值電壓，其值一定要小于有源器件的電壓額定值，因此用di(rec)/dt表示軟度因子更有實用意義。
耗盡儲存電荷所需的總的時間定義為反向恢復時間trr，作為開關(guān)速度的量度，它是選用二極管時的一個非常重要的參數(shù)，一般用途的二極管trr為25µs左右，使用在整流以及頻率低于1kHz以下的電路中是可以的，但若用于斬波波和逆變電路中，必須選用trr在5µs以下的快速恢復二極管，在一些吸收電路中要求快開通和軟恢復二極管。
由軟度因子定義可知，它其實就是反映二極管在反向恢復的tb過程中基區(qū)少子因復合而消失的時間長短。所以，軟度因子與少子壽命控制方法、基區(qū)寬度和擴散濃度分布、元件結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)等有密切的關(guān)系。在空間電荷區(qū)擴展后的剩余基區(qū)內(nèi)駐留更多的殘存電荷，并駐留更長的時間將提高軟度因子。
耗盡儲存電荷所需的總的時間定義為反向恢復時間trr，作為開關(guān)速度的量度，它是選用二極管時的一個非常重要的參數(shù)，一般用途的二極管trr為25µs左右，使用在整流以及頻率低于1kHz以下的電路中是可以的，但若用于斬波波和逆變電路中，必須選用trr在5µs以下的快速恢復二極管，在一些吸收電路中要求快開通和軟恢復二極管。
由軟度因子定義可知，它其實就是反映二極管在反向恢復的tb過程中基區(qū)少子因復合而消失的時間長短。所以，軟度因子與少子壽命控制方法、基區(qū)寬度和擴散濃度分布、元件結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)等有密切的關(guān)系。在空間電荷區(qū)擴展后的剩余基區(qū)內(nèi)駐留更多的殘存電荷，并駐留更長的時間將提高軟度因子。
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