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2021-04-01
golabs
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快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、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使用。 快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高。
快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。
肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管（Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4--0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于低电压场合。
快恢复二极管反向恢复时间及参数
快恢复二极管的反向恢复特性决定着功率变换器的性能，在双极功率晶体管的电流下降时间大于1us（开通时间约100ns）时期，二极管的反向恢复在双极功率晶体管的开通过程中完成，而且双极功率晶体管达到额定集电极电流的1/2-2/3左右后随着Ic上升Hfe急剧下降，限制了二极管的反向恢复电流的峰值，在某种意义上，也限剬了di/dt，双极功率晶体管的开通过程掩盖了二极管的反向恢复特性，因而对二极管的反向恢复仅仅是反向恢复时间提出要求。
随着功率半导体器件的开关速度提高，特别是Power M0SFET、高速IGBT的出现，不仅开通速度快（可以在数十纳秒内将MOSFET彻底导通或关断），而且在额定驱动条件下，其漏极/集电极电流可以达到额定值的5-10倍，使MOS或IGBT在开通过程中产生高的反向恢复峰值电流IRRM，同时M0S或IGBT在开通过程结束后二极管的反向恢复过程仍然存在，使二极管的反向恢复特性完全暴露出来，高的IRRM、di/dt使开关管和快速二极管本身受到高峰值电流冲击并产生较高的EMT。因而对二极管的反向恢复特性不仅于反向恢复时间短，而且要求反向恢复电流峰值尽可能低，反向恢复电流的下降，上升的速率尽可能低，即超快、超软以降低开关过程中反向恢复电流对开关电流的冲击，减小开关过程的EMI。
1. 反向恢复参数与应用条件
一般的超快速二极管的反向时间定义为小于100ns，高耐压超快恢复二极管的反向恢复时
同trr比低耐压的长，如耐压200V以下的超快恢复二极管的典型反向恢复时间在35ns以下，
耐压600V的典型反向恢复时间约75ns，耐压1000V的超快恢复二极管的典型反向恢复时间约100-160 ns。各生产厂商的产品的反向恢复特性（主要是反向恢复时间trr和反向恢复峰值
电流IRRM）是不同的。
1.1 trr与If和di/dt的关系
trr与If和di/dt的关系如图1所示：
图1 trr与If和-di/dt的关系
从图中可见，随着二极管的正向电流lf的增加反向恢复时间trr随着增加：di/dt的增加，反向恢复时间trr减小。因此，以测试小信号开关二极管的测试条件IF=IR=10ma为测试条件的反向恢复时间不能如实表现实际应用情况：以固定正向电流（如1A）为测试条件也不能在实际应用中得到客观再现；不同电流档次以其额定正向电流或其1/2为测试条件则相对客观。
1.2 反向恢复时间与反向电压的关系
反向恢复时间随反向电压增加，如果600V超快恢复二极管在反向电压为30V时，反向恢复时间为35ns，向反向电压为350V时其反向恢复时间增加，因此，仅从产品选择指南中按所给的反向恢复时间选用快速二极管，如反向电压的测试条件不同，将导致实际的反向恢复时间的不同，应尽可能的参照数据手册中给的相对符合测试条件下的反向恢复时间为依据。
1.3 反向恢复峰值电流IRRM
反向恢复峰值电流IRRM随-di/dt增加，因在不同-di/dt的测试条件下，IRRM的幅值是不同的。
IRRM随反向工作电压上升，因此额定电压为1000V的快速二极管，在相同的-di/dt条件下，但反向工作电压不同时（如500V与1000V）则IRRMM是不能相比较的。
1.4 结温T的影响
反向恢复时间trr随工作结温上升，结温125 时的反向恢复时间是结温25时的近2倍。反向恢复峰值电流IRRM随工作结温上升，结温125时的反向恢复峰值电流是结温25时的近1.5倍。反向恢复电荷Orr随工作结温上升，结温125时的反向恢复电荷是结湿25时的近3倍以上。
1.5 反向恢复损耗
二极管的反向恢复损耗是在反向恢复过程的后半部分t1-t2期间，其损耗的大小与IRRM和t1-t2的大小有关，在人极管的反向恢复过程中，而开关管的开通损耗始终存在。很明显，快速反向恢复二极管的反向恢复损耗与开关管的开通损耗随IRRM和反向恢复时时间增加。
1.6 IRRM、反向恢复损耗及EMI的减小
在实际应用中快速反向恢复二极管的反向恢复过程将影响电路的性能，为追求低的反向恢复时间，可能会选择高的di/dt，但会引起高的IRRM、振铃、电压过冲和高的EMI并增加开关损耗。
若适当减小di/dt可降低IRRM、EMI，消除振零和电压过冲和由此产生的损耗，di/dt的降低是通过降低开关管的开通速度实现，开关管的开关损耗将增加，因此，改变di/dt不能从本质上解决快速反向恢复二极管的反向恢复存在的全部问题，必须改用性能更好的快速反向恢复二极管，即IRRM低、trr短、反向恢复特性软，通过各种快速反向恢复二极管的数据，可以找出性能好的快速反向恢复二极管。
2. 新型快速反向恢复二极管
近年来为减小快速反向恢复极管的反向恢复时间trr、反向恢复峰值电流lrrm和过硬的反向恢复特性，出现了高性能超快软恢复二极管或称为高频快恢复二极管，与常规快速反向恢复二极管相比，新型超快速反向恢复二极管的实际反向恢复时间trr降低到25 ns左右，反向恢复峰值电流IRRM降低到额定正向电流的1/4或更多，反向恢复特性软化。如图7所示。很明显，新型超快反向恢复二极管的反向恢复时间和反向恢复峰值电流远低于图1器件。可减少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。
(mbbeetchina)
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