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快速恢复整流二极管特征 整流二极管尖峰抑制10种方法 KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-04-08 

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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。


下面例举的是用于高耐压、高电流的二极管,但按照其特性、特征、制造工艺可进行以下分类。此时,对二极管基本的应用条件而言,特性和性能已优化。


整流二极管的特征

在这里,将整流二极管分为以下4类:通用整流用、通用开关用、肖特基势垒二极管、快速恢复二极管4种类型,特征汇总于下表。

类型 特征 VF IR trr 适合应用
整流 适用 ?

?

一般整流

电源的反接保护

开关 开关用 ?


单纯的开关用

微控制器外围开关

肖特基势垒

SBD

高速(~200V)

低VF


?

DC/DC转换器

AC/DC转换器(二次侧)

快速恢复

FRD

高速(~200V) ?


AC/DC转换器

逆变器电路

通用型一般用于整流,主要目的是将交流整流为直流。桥式二极管是整流用的二极管组合。另外,用于无意中电源或电池反接时,保护用于防止过电流流过。正向电压VF因工作电流而异,1V左右为标准。这是硅PN结二极管的普通VF。反向恢复时间trr是以50Hz/60Hz的商用电源的整流为前提,以不是特别快的为标准。


开关型,用途如其字面所示,主要用于电源的切换。VF标准与通用型相同。因为以开关用途为目的,所以trr比通用型更快。但是,还达不到肖特基势垒二极管或快速恢复二极管的速度,其开关特性仅定位于比通用型快。


肖特基势垒二极管(SBD)不是PN结,而是利用金属和半导体如N型硅的形成肖特基势垒(Barrier)。与PN结二极管相比,肖特基势垒二极管(SBD)具有VF更低,开关特性更快的特征。但是,其反向漏电流IR较大,在某些条件下会导致热失控,务请注意。即使流经高达诸如10A的大电流,VF值也大约为0.8V;如果流经几A的电流,VF值大约为0.5V。因此,其典型用途就是用于追求高效的DC/DC转换器或AC/DC转换器的二次侧。


快速恢复二极管(FRD)虽是PN结二极管,但却是trr得以大幅改善的高速二极管。此时,SBD的耐压(反向电流VR)在200V以下,但FRD能达到800V高耐压。但是,一般而言,其VF比通用型高,如果是高耐压大电流规格,标准值大约为2V,但近年来,VF值降低的型号也有增加。因其高耐压和高速性,所以多用于AC/DC转换器或逆变器电路。


下图是上述内容的图解。此时,并非仅限于上述四种类型,同时也表示了Si二极管的基本温度特性。

快速恢复整流二极管

再重复一遍,左图表示SBD与其他三种二极管相比,VF较低,IR较大。

中间图是将SBD与FRD之外的两种二极管相比,其trr快很多,trr间流动的正向电流IR越大,损耗越大。

Si二极管的基本温度特性,高温状态时,VF下降,IR增加。


概述副边整流二极管的尖峰

开关电源产生噪声的主要部位是功率变换和输出整流滤波电路。包括开关管,整流管,变压器,还有输出扼流线圈,等。


不采取任何措施时输出电压的峰值可能是输出基波的好多倍。出现在开关脉冲的上升沿和下降沿。即开关管的导通和截止,通常导通时尖峰更大一些。


整流二极管的尖峰抑制的10种方法!

前沿尖峰的一些抑制方法

1、选用软恢复特性的肖特基二极管,或采用在整流管前串联电感的方法比较有效,或在开关管整流管的磁珠。磁芯材料选用对高频振荡呈高阻抗衰减特性的铁氧体材料,等。

2、在二次侧接入RC吸收回路可进一步减小前沿尖峰的幅值,降低二极管恢复过程中的振荡频率。

3、多个整流二极管并联;适当增大整流二极管的电流容量,可相对减小反向恢复时的关断时间,限制反向短路电流的数值,可抑制电流尖峰和降低导通损耗。

4、尽量使元件布局走线合理 ,减小大电流回路的面积,对EMI的抑制也比较有效。


后沿尖峰的抑制方法

5、选用开关速度快的整流二极管

6、选用高导磁率的磁芯,变压器设计时激磁电流尽可能小

7、选用高磁通密度的材料,确保在恶劣环境下变压器不会饱和。可取B值为饱和值的一半或1/3

8、选用闭合磁路的罐形或PQ磁芯减小漏磁。

9、高频变压器绕制尽量减小漏感。采用夹心绕法或三文治绕法。绕线尽量均匀分布在骨架上。选用漆包线时要考虑到趋肤效应。

10、在开关管的D-S之间并联RC吸收回路。

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