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快恢复二极管模块-快恢复二极管模块的优点和缺点分析-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-03-06 

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快恢复二极管模块

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。这两种管子通常用于开关电源。


肖特基二极管和快恢复二极管区别:前者的恢复时间比后者小一百倍左右,前者的反向恢复时间大约为几纳秒。


前者的优点还有低功耗,大电流,超高速!电气特性当然都是二极管。


快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。


肖特基二极管:反向耐压值较低40V-50V,通态压降0.3-0.6V,小于10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。


快恢复二极管:有0.8-1.1V的正向导通压降,35-85nS的反向恢复时间,在导通和截止之间迅速转换,提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。


通常,5~20A的快恢复二极管采用TO-220FP塑料封装,20A以上的大功率快恢复二极管采用顶部带金属散热片的TO-3P塑料封装,5A一下的快恢复二极管则采用DO-41,DO-15,或D0-27等规格塑料封装。


传统的快速整流二极管使用掺金或铂的外延片以控制载流子寿命,但这些二极管表现出了以下的技术缺点

1.正向电压降Vf随着温度的升高而降低;

2.高温下漏电流大;

3.高温下快速di/dt时开关不稳定。


有一种二极管称为SONIC二极管,其反向恢复时间比较长,约0.2~0.4μs,软度因子在0.7左右。在制造中除了采用平面结终止结构,玻璃钝化并有硅橡胶保护外,还采用了从硅片背面进行深扩散磷和控制轴向寿命抑制因素,使快速二极管的反向恢复电流衰减较慢,具有反向“软恢复”特性,防止在高频应用时在硬关断过程中产生过高的反向尖峰电压,保护了开关器件及其二极管自身。该二极管在整个工作温度范围内性能稳定,并且对于温度的变化正向电压降的变化可以忽略不计。该二极管是为高频应用设计的,在高频应用时稳定可靠。


新的快速软恢复二极管-SONIC二极管系列克服了这些缺点,它们的优点为:

1.并联二极管工作时正向电压降Vf与温度无关;

2.阻断电压稳定,漏电流比掺金和铂的小;

3.快速软恢复二极管在高温下反向漏电流从 25℃到125℃比掺铂FRED少50%。


SONIC二极管采用磷深扩散和轴向寿命抑制因素,电压从600V至1800V,如图1所示。在硼中受控的轴向寿命抑制因素用来控制区域1中空穴的发射效率。区域2所示的软N区为软恢复提供了额外电荷。空穴的较低的发射效率使得器件的正向电压降对温度不太敏感,这有利于二极管并联工作,并且在高温时开关损耗最小。利用电子辐照作为附加的标准寿命抑制因素,二极管的软度可以得到进一步控制。


图1   SONIC软恢复二极管的寿命控制

该二极管恢复波形异常的平滑没有振荡,所以电磁干扰EMI值非常低。这种软恢复二极管不仅导致开关损失减少,而且允许去除二极管的并联RC缓冲器。采用轴向寿命抑制因素可以得到最佳性能的二极管。


电力电子学中的功率开关器件(IGBT、MOSFET、BJT、GTO)总是和快速二极管相并联,在增加开关频率时,除传导损耗以外,功率开关的固有的功能和效率均由二极管的反向恢复特性决定。所以对二极管要求正向瞬态压降小,反向恢复时间断,反向恢复电荷少,并且具有软恢复特性。


反向峰值电流IRM是另一个非常重要的特性。反向电流衰变的斜率dirr/dt由芯片的工艺技术和扩散参数决定。在电路中,这个电流斜率与寄生电感有关,例如连接引线,引起过电压尖峰和高频干扰电压。dirr/dt越高(“硬恢复”特性),二极管和并联的开关上产生的附加电压越高。反向电流的缓慢衰减(“软恢复”特性)是令人满意的特性。


所有的FRED二极管都采用了“软恢复”特性,SONIC二极管的恢复特性更“软”,它们的阻断电压范围宽,使这些快速软恢复二极管能够作为开关电源(SMPS)的输出整流器,以及逆变器和焊接电源中的功率开关的保护二极管和续流二极管。


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