浅谈快速恢复外延二极管 (FRED) 特性

快速恢复外延二极管 (FRED) 特性 – 应用 – 示例

在过去的 10 年中，电源拓扑发生了根本性的变化。现在构建了各种电源，不再需要笨重的 50/60 Hz 电源变压器。这些变压器代表了传统电源体积和重量的主要部分。

今天，它们已被更小、更轻的变压器所取代，其磁芯材料现在由烧结铁氧体而不是铁叠片组成，工作频率可达 250 kHz。对于相同的额定功率，高频操作显着降低了变压器的重量和体积。这种发展受到新型快速开关功率晶体管（例如 MOSFETS 或 IGBT）的显着影响，这些晶体管在高阻断电压 (VCES > 600 V) 下工作。

然而，几乎所有配备这些晶体管的拓扑结构还需要超快二极管来传导无功负载电流并在需要直流电压时对交流输出进行整流。必须调整这些二极管的开关行为以匹配晶体管的开关特性。

这不仅适用于开关模式电源，也适用于逆变器电路。对于这些逆变器，制造商选择了大约 8 kHz 的 PWM 频率来创建输出电流的平滑正弦波形，或者使用高于 20 kHz 的 PWM 频率以在可听水平以上运行。

1) MOSFET = 金属氧化物半导体场效应晶体管

2) IGBT = 绝缘栅双极晶体管

除了晶体管开关的特性外，续流二极管的导通状态和动态特性对整个设备的功率损耗、效率和运行安全程度都有显着影响。在提高 SMPS 的效率和降低逆变器的损耗方面，它们也起着决定性的作用，这显然要求使用超快二极管。此处描述的超快二极管具有现代外延二极管的所有特性，例如软恢复、低反向恢复电流 IRM 和较短的反向恢复时间。

技术

缩写 FRED（快速恢复外延二极管）代表一系列超快二极管，在过去几年中获得了广泛的认可。有几种方法可以控制二极管的开关特性，每种方法都会导致正向压降 VF、阻断电压 VRRM 和 trr 值的不同相互依赖性。正是这些相互依赖（或妥协）使当今市场上可用的超快二极管与众不同。图 1 显示了正向电压 VF 和反向恢复时间 trr 的定性关系。二极管导通和关断行为的最重要参数（图 2）VFR、VF、tfr 和 IRM、trr 将受到不同制造工艺的影响。

图 1 定性 VF – trr 相关性显示了各种 FRED 技术的这种折衷

但如图 1 所示，每种技术都必须在正向电压和恢复时间之间做出自己的折衷，才能获得令人满意的器件。

图 2 FRED 二极管的典型开关 I/V 波形

图 2 显示了二极管的典型开关周期。在正向传导期间，n-外延层（见图 4）的电阻率因存储在那里的过量少数电荷（在这种情况下为空穴）而降低。当这个正向电流被换向另一个开关时，二极管不能恢复其反向阻断能力，直到这个多余的存储电荷被去除，这只能通过存储的空穴与背景电子的重新组合或通过二极管的反向电流来实现。由于理想二极管的反向恢复电流为零，因此必须加速存储电荷的复合，这是通过将复合中心引入 n-外延层来实现的。

编辑：hfy