??快速軟恢復(fù)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 20:37
恢復(fù)過程很短的二極管，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管稱為快速恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode)。高頻化的電力電子電路不僅要求快速恢復(fù)二極管的正向恢復(fù)特性較好，即正向瞬態(tài)壓降小，恢復(fù)時間短；更要求反向恢復(fù)特性也較好，即反向恢復(fù)時間短，反向恢復(fù)電荷少，并具有軟恢復(fù)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(yīng)”，不能立即響應(yīng)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(fù)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(fù)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(dāng)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(yīng)用時顯得非常重要。
開通時二極管呈現(xiàn)的電感效應(yīng)，除了器件內(nèi)部機(jī)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(yīng)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(fù)時間也越長。
圖1 管壓降隨時間變化的曲線
圖2 二極管導(dǎo)通電流波形
關(guān)斷特性
所有的PN結(jié)二極管，在傳導(dǎo)正向電流時，都將以少子的形式儲存電荷。少子注入是電導(dǎo)調(diào)制的機(jī)理，它導(dǎo)致正向壓降(VF)的降低，從這個意義上講，它是有利的。但是當(dāng)正在導(dǎo)通的二極管突然加一個反向電壓時，由于導(dǎo)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(fù)需要經(jīng)過一段時間，這個過程就是反向恢復(fù)過程，發(fā)生這一過程所用的時間定義為反向恢復(fù)時間(trr)。值得注意的是在未恢復(fù)阻斷能力之前，二極管相當(dāng)于處于短路狀態(tài)。
用軟化系致S(Softness factor)來描述反向恢復(fù)電流由最大值IRM消失的速率：
（1）
反向恢復(fù)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(qiáng)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(yù)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(fù)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(fù)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(fù)二極管，在一些吸收電路中要求快開通和軟恢復(fù)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(fù)的tb過程中基區(qū)少子因復(fù)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(kuò)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(kuò)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(fù)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(fù)二極管，在一些吸收電路中要求快開通和軟恢復(fù)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(fù)的tb過程中基區(qū)少子因復(fù)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(kuò)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(kuò)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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