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              快速恢復整流二極管特征 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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              快恢復二極管(簡稱FRD)是一種具有開關特性好、反向恢復時間短特點的半導體二極管,主要應用于開關電源、PWM脈寬調制器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極管、續流二極管或阻尼二極管使用。快恢復二極管的內部結構與普通PN結二極管不同,它屬于PIN結型二極管,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區I,構成PIN硅片。因基區很薄,反向恢復電荷很小,所以快恢復二極管的反向恢復時間較短,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、制造工藝可進行以下分類。此時,對二極管基本的應用條件而言,特性和性能已優化。


              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、通用開關用、肖特基勢壘二極管、快速恢復二極管4種類型,特征匯總于下表。

              類型 特征 VF IR trr 適合應用
              整流 適用 ?

              ?

              一般整流

              電源的反接保護

              開關 開關用 ?


              單純的開關用

              微控制器外圍開關

              肖特基勢壘

              SBD

              高速(~200V)

              低VF


              ?

              DC/DC轉換器

              AC/DC轉換器(二次側)

              快速恢復

              FRD

              高速(~200V) ?


              AC/DC轉換器

              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,保護用于防止過電流流過。正向電壓VF因工作電流而異,1V左右為標準。這是硅PN結二極管的普通VF。反向恢復時間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準。


              開關型,用途如其字面所示,主要用于電源的切換。VF標準與通用型相同。因為以開關用途為目的,所以trr比通用型更快。但是,還達不到肖特基勢壘二極管或快速恢復二極管的速度,其開關特性僅定位于比通用型快。


              肖特基勢壘二極管(SBD)不是PN結,而是利用金屬和半導體如N型硅的形成肖特基勢壘(Barrier)。與PN結二極管相比,肖特基勢壘二極管(SBD)具有VF更低,開關特性更快的特征。但是,其反向漏電流IR較大,在某些條件下會導致熱失控,務請注意。即使流經高達諸如10A的大電流,VF值也大約為0.8V;如果流經幾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轉換器或AC/DC轉換器的二次側。


              快速恢復二極管(FRD)雖是PN結二極管,但卻是trr得以大幅改善的高速二極管。此時,SBD的耐壓(反向電流VR)在200V以下,但FRD能達到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格,標準值大約為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轉換器或逆變器電路。


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

              快速恢復整流二極管

              再重復一遍,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,高溫狀態時,VF下降,IR增加。


              概述副邊整流二極管的尖峰

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


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


              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、選用軟恢復特性的肖特基二極管,或采用在整流管前串聯電感的方法比較有效,或在開關管整流管的磁珠。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、在二次側接入RC吸收回路可進一步減小前沿尖峰的幅值,降低二極管恢復過程中的振蕩頻率。

              3、多個整流二極管并聯;適當增大整流二極管的電流容量,可相對減小反向恢復時的關斷時間,限制反向短路電流的數值,可抑制電流尖峰和降低導通損耗。

              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、選用開關速度快的整流二極管

              6、選用高導磁率的磁芯,變壓器設計時激磁電流盡可能小

              7、選用高磁通密度的材料,確保在惡劣環境下變壓器不會飽和。可取B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。選用漆包線時要考慮到趨膚效應。

              10、在開關管的D-S之間并聯RC吸收回路。

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              快速恢復整流二極管


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