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快速恢復(fù)整流二極管特征 整流二極管尖峰抑制10種方法 KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-04-08 

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快恢復(fù)二極管(簡稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管,主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用??旎謴?fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同,它屬于PIN結(jié)型二極管,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。


下面例舉的是用于高耐壓、高電流的二極管,但按照其特性、特征、制造工藝可進(jìn)行以下分類。此時(shí),對二極管基本的應(yīng)用條件而言,特性和性能已優(yōu)化。


整流二極管的特征

在這里,將整流二極管分為以下4類:通用整流用、通用開關(guān)用、肖特基勢壘二極管、快速恢復(fù)二極管4種類型,特征匯總于下表。

類型 特征 VF IR trr 適合應(yīng)用
整流 適用 ?

?

一般整流

電源的反接保護(hù)

開關(guān) 開關(guān)用 ?


單純的開關(guān)用

微控制器外圍開關(guān)

肖特基勢壘

SBD

高速(~200V)

低VF


?

DC/DC轉(zhuǎn)換器

AC/DC轉(zhuǎn)換器(二次側(cè))

快速恢復(fù)

FRD

高速(~200V) ?


AC/DC轉(zhuǎn)換器

逆變器電路

通用型一般用于整流,主要目的是將交流整流為直流。橋式二極管是整流用的二極管組合。另外,用于無意中電源或電池反接時(shí),保護(hù)用于防止過電流流過。正向電壓VF因工作電流而異,1V左右為標(biāo)準(zhǔn)。這是硅PN結(jié)二極管的普通VF。反向恢復(fù)時(shí)間trr是以50Hz/60Hz的商用電源的整流為前提,以不是特別快的為標(biāo)準(zhǔn)。


開關(guān)型,用途如其字面所示,主要用于電源的切換。VF標(biāo)準(zhǔn)與通用型相同。因?yàn)橐蚤_關(guān)用途為目的,所以trr比通用型更快。但是,還達(dá)不到肖特基勢壘二極管或快速恢復(fù)二極管的速度,其開關(guān)特性僅定位于比通用型快。


肖特基勢壘二極管(SBD)不是PN結(jié),而是利用金屬和半導(dǎo)體如N型硅的形成肖特基勢壘(Barrier)。與PN結(jié)二極管相比,肖特基勢壘二極管(SBD)具有VF更低,開關(guān)特性更快的特征。但是,其反向漏電流IR較大,在某些條件下會(huì)導(dǎo)致熱失控,務(wù)請注意。即使流經(jīng)高達(dá)諸如10A的大電流,VF值也大約為0.8V;如果流經(jīng)幾A的電流,VF值大約為0.5V。因此,其典型用途就是用于追求高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器或AC/DC轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)。


快速恢復(fù)二極管(FRD)雖是PN結(jié)二極管,但卻是trr得以大幅改善的高速二極管。此時(shí),SBD的耐壓(反向電流VR)在200V以下,但FRD能達(dá)到800V高耐壓。但是,一般而言,其VF比通用型高,如果是高耐壓大電流規(guī)格,標(biāo)準(zhǔn)值大約為2V,但近年來,VF值降低的型號也有增加。因其高耐壓和高速性,所以多用于AC/DC轉(zhuǎn)換器或逆變器電路。


下圖是上述內(nèi)容的圖解。此時(shí),并非僅限于上述四種類型,同時(shí)也表示了Si二極管的基本溫度特性。

快速恢復(fù)整流二極管

再重復(fù)一遍,左圖表示SBD與其他三種二極管相比,VF較低,IR較大。

中間圖是將SBD與FRD之外的兩種二極管相比,其trr快很多,trr間流動(dòng)的正向電流IR越大,損耗越大。

Si二極管的基本溫度特性,高溫狀態(tài)時(shí),VF下降,IR增加。


概述副邊整流二極管的尖峰

開關(guān)電源產(chǎn)生噪聲的主要部位是功率變換和輸出整流濾波電路。包括開關(guān)管,整流管,變壓器,還有輸出扼流線圈,等。


不采取任何措施時(shí)輸出電壓的峰值可能是輸出基波的好多倍。出現(xiàn)在開關(guān)脈沖的上升沿和下降沿。即開關(guān)管的導(dǎo)通和截止,通常導(dǎo)通時(shí)尖峰更大一些。


整流二極管的尖峰抑制的10種方法!

前沿尖峰的一些抑制方法

1、選用軟恢復(fù)特性的肖特基二極管,或采用在整流管前串聯(lián)電感的方法比較有效,或在開關(guān)管整流管的磁珠。磁芯材料選用對高頻振蕩呈高阻抗衰減特性的鐵氧體材料,等。

2、在二次側(cè)接入RC吸收回路可進(jìn)一步減小前沿尖峰的幅值,降低二極管恢復(fù)過程中的振蕩頻率。

3、多個(gè)整流二極管并聯(lián);適當(dāng)增大整流二極管的電流容量,可相對減小反向恢復(fù)時(shí)的關(guān)斷時(shí)間,限制反向短路電流的數(shù)值,可抑制電流尖峰和降低導(dǎo)通損耗。

4、盡量使元件布局走線合理 ,減小大電流回路的面積,對EMI的抑制也比較有效。


后沿尖峰的抑制方法

5、選用開關(guān)速度快的整流二極管

6、選用高導(dǎo)磁率的磁芯,變壓器設(shè)計(jì)時(shí)激磁電流盡可能小

7、選用高磁通密度的材料,確保在惡劣環(huán)境下變壓器不會(huì)飽和??扇值為飽和值的一半或1/3

8、選用閉合磁路的罐形或PQ磁芯減小漏磁。

9、高頻變壓器繞制盡量減小漏感。采用夾心繞法或三文治繞法。繞線盡量均勻分布在骨架上。選用漆包線時(shí)要考慮到趨膚效應(yīng)。

10、在開關(guān)管的D-S之間并聯(lián)RC吸收回路。

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快速恢復(fù)整流二極管