什么是二极管的反向恢复

以下文章来源于汽车功率电子 ，作者木木

1引言

IGBT的续流二极管是个很有意思的东西，对模块整体的性能影响很大，今天就聊聊它

大家都叫它FRD，因为一般IGBT的续流二极管使用快恢复二极管，它有个很重要的特性——反向恢复，不仅影响二极管的损耗及安全工作状态，对EMI特性也有很大的影响

先看看什么是二极管的反向恢复

2反向恢复

普通二极管电流由正向变成反向时，不会马上截止，而是先反向上升一段时间ts，再经过tf下降时间至接近0，trr=ts+tf是二极管的反向恢复时间

IF是反向截止的时候二极管电流的变化过程

原因： 电荷存储效应，tff是存储电荷耗尽需要的时间;

影响： 影响开关频率，增加反向恢复损耗

那么什么是电荷存储效应?

是个正偏的PN结，在外电场的作用下：

P区空穴向N区扩散，扩散的过程中与电子复合，刚扩散过来的空穴不能马上与电子复合，浓度较高，接着逐渐变低，反之N区电子向P区扩散，于是

这个时候，空穴在N区积累，电子在P区积累的现象就叫电荷存储效应

此时加反向电压，N区空穴和P区电子在电场的作用下移动形成电流，反向恢复过程说白了就是少子消失的过程

需要记住：

空穴在N区时少子，电子在P区也是少子，所以我们说反向恢复过程是少子导电造成的

3PIN二极管

高压IGBT模块中的快恢复反向恢复二极管一般是PIN结构的二极管

啥是PIN二极管?

在P和N半导体材料之间加入一层低掺杂的本征半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管就是"PIN 二极管"

一般是P+N-N+结构，中间的掺杂浓度比较低，近似于本征半导体，按工艺分有外延和扩散两种

低掺杂的本征半导体提升了二极管截止电压，因此PIN快恢复二极管有以下特征

优点： 耐压高，几伏到几千伏

缺点： 存在少子存储效应，反向恢复过程时间长，硬度高、正向导通压降较高

那么我们使用的过程中，对FRD有哪些要求呢

4对FRD的要求

总的来说

反向恢复要快，反向恢复电流峰值Irrm要低

恢复特性要“软”

为什么?我们看FRD的反向恢复过程

要求快恢复特性很容易理解，可以降低反向恢复损耗，提升开关频率，最理想的状态就是没有反向恢复过程;

主要说软度

软度指的是反向恢复电流下降的过程中，即上图tf时间段内，电流下降的斜率，斜率越大，关断越硬，反之越软

关断太硬的话，一方面由于杂散电感的作用，会在二极管上叠加一个电压尖峰，硬关断对二极管是比较危险的;另一方面，电流下降阶段斜率过大会产生一定的电流震荡和电磁干扰(EMI)

因此，对于续流二极管，我们追求快恢复特性和软关断特性

5如何优化

怎样改善快恢复特性和软关断特性?

上边的分析我们知道，反向恢复过程本质上是少子消失的过程，可以通过电子辐射的方式减小少子寿命，从而获得较短的反向恢复时间，但会增加导通压降。

另外，还可以通过改进N-层结构的方式提高软回复特性，同样会牺牲一部分损耗

也存在一些在PIN基础上发展成的特殊二极管，如LLD低损耗二极管，发射极注入效率自调整二极管(SPEED)等，摘自论文，没有深入研究，不做详述

国际上，Infineon、ABB、RoHM等公司生产的快恢复二极管具有良好的软恢复特性。