快速恢復(fù)二極管額定值和特性對其應(yīng)用的影響

一、額定值和特性
  二極管由反向阻斷轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)ǖ倪^程稱之為正向恢復(fù)，由正向?qū)ㄞD(zhuǎn)變?yōu)榉聪蜃钄嗟倪^程稱之為反向恢復(fù)。由于恢復(fù)時間特別是反向恢復(fù)時間的存在，限制了二極管的工作頻率，也增加了二極管的動態(tài)損耗，在一些應(yīng)用電路中，還造成電力電子開關(guān)器件承受極大的浪涌電流和浪涌電壓。因此，快速恢復(fù)二極管成為實現(xiàn)電力電子裝置高頻化的一個重要器件。
  圖1a是二極管正向恢復(fù)過程，二極管正向?qū)〞r正向管壓降先從零升至最大值UFP然后回落至規(guī)定值，tFn定義為正向恢復(fù)時間。在實際電路中，由于電路電感量不同造成二極管正向電流上升率di F/dt也不同。圖1b給出diF/dt對tFR和UFP的影響。

 
  二極管的反向恢復(fù)特性如圖2所示。   通常把trrb較短的恢復(fù)過程稱為硬恢復(fù)，把較長的恢復(fù)過程稱為軟恢復(fù)，并定義反向恢復(fù)特性的軟度(Softness)或快捷度(Snappiness)St=trrb/trra。
  一般二極管trr為2～10µs可用于高頻整流，trr小于1µs可適配雙極型器件或IGBT應(yīng)用于逆變電路。用外延法制造的二極管trr可小于50ns，被稱為超快恢復(fù)二極管。
  JB/T 5836-1991規(guī)定了ZK系列5A～500A快恢復(fù)整流管，其特性見圖3。圖4為三菱電機公司F系列RM200DA-20F、RM200DA-24F快恢復(fù)二極管的額定值和特性。
  圖5a為Irr、Qrr和trr隨正向電流IF變化的特性曲線，圖5b為Irr、Qrr和trr隨-di/dt變化的特性曲線。另外由圖可見，當Tj增加時，Irr、Qrr和trr均有明顯的增加。 a) Irr、Qrr和trr隨正向電流IF變化曲線(典型)  b)Irr、Qrr和trr隨-di/dt變化曲線(典型)
 
  二、快恢復(fù)二極管應(yīng)用要點
  1.正向恢復(fù)過程的影響
  1)二極管的正向恢復(fù)過程常常被忽視。在圖6中作為緩沖二極管使用時，若UFP過大使VDs不能迅速導(dǎo)通，則緩沖電路就失去了作用。  
  2)由于耐壓較高的二極管比耐壓較低的二極管正向UFP高、tFP也長，因此在低壓高頻整流電路中，盡可能使用低耐壓的二極管，以避免過長正向恢復(fù)過程限制了電路的輸出。
 
  2.反向恢復(fù)過程的影響
  1)高頻整流電路中，在反向恢復(fù)時間內(nèi)二極管反向?qū)〞斐捎胸撾妷翰ㄐ屋敵?，這使整流輸出電壓平均值下降。例如在工作頻率為20kHz的整流電路中，使用trr為5µs的二極管，則會使輸出電壓平均值下降約10%。
 
  2)在帶感性負載的半橋電路中，續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流會流過剛開通的開關(guān)器件(如IGBT)，造成大的反向恢復(fù)浪涌電流。續(xù)流二極管的硬恢復(fù)又會使與之并聯(lián)的開關(guān)器件承受大的關(guān)斷浪涌電壓。因此應(yīng)選用trr小，又有一定軟度的所謂軟快恢復(fù)二極管作高頻開關(guān)的續(xù)流二極管。在三菱U系列IGBT中就使用了軟快恢復(fù)二極管續(xù)流。
 
  3)二極管串聯(lián)使用時，其反向阻斷時的動態(tài)均壓基本上取決于反向恢復(fù)特性(Irr、Qrr和trr的一致性。必須采用各個二極管并聯(lián)電容器等動態(tài)均壓措施，否則因trr小而先恢復(fù)的二極管瞬間將承受串聯(lián)總電壓。
 
  4)即使是快恢復(fù)二極管，其恢復(fù)期間造成的功率損耗也不應(yīng)被忽略，在不同電路中損耗大小不同，但計算二極管總損耗時都應(yīng)予以考慮。



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