快速恢復(fù)外延二極管 (FRED) 特性 – 應(yīng)用 – 示例

在過去的 10 年中，電源拓?fù)浒l(fā)生了根本性的變化?，F(xiàn)在構(gòu)建了各種電源，不再需要笨重的 50/60 Hz 電源變壓器。這些變壓器代表了傳統(tǒng)電源體積和重量的主要部分。

今天，它們已被更小、更輕的變壓器所取代，其磁芯材料現(xiàn)在由燒結(jié)鐵氧體而不是鐵疊片組成，工作頻率可達(dá) 250 kHz。對(duì)于相同的額定功率，高頻操作顯著降低了變壓器的重量和體積。這種發(fā)展受到新型快速開關(guān)功率晶體管（例如 MOSFETS 或 IGBT）的顯著影響，這些晶體管在高阻斷電壓 (VCES > 600 V) 下工作。

然而，幾乎所有配備這些晶體管的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還需要超快二極管來傳導(dǎo)無功負(fù)載電流并在需要直流電壓時(shí)對(duì)交流輸出進(jìn)行整流。必須調(diào)整這些二極管的開關(guān)行為以匹配晶體管的開關(guān)特性。

這不僅適用于開關(guān)模式電源，也適用于逆變器電路。對(duì)于這些逆變器，制造商選擇了大約 8 kHz 的 PWM 頻率來創(chuàng)建輸出電流的平滑正弦波形，或者使用高于 20 kHz 的 PWM 頻率以在可聽水平以上運(yùn)行。

1) MOSFET = 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

2) IGBT = 絕緣柵雙極晶體管

除了晶體管開關(guān)的特性外，續(xù)流二極管的導(dǎo)通狀態(tài)和動(dòng)態(tài)特性對(duì)整個(gè)設(shè)備的功率損耗、效率和運(yùn)行安全程度都有顯著影響。在提高 SMPS 的效率和降低逆變器的損耗方面，它們也起著決定性的作用，這顯然要求使用超快二極管。此處描述的超快二極管具有現(xiàn)代外延二極管的所有特性，例如軟恢復(fù)、低反向恢復(fù)電流 IRM 和較短的反向恢復(fù)時(shí)間。

技術(shù)

縮寫 FRED（快速恢復(fù)外延二極管）代表一系列超快二極管，在過去幾年中獲得了廣泛的認(rèn)可。有幾種方法可以控制二極管的開關(guān)特性，每種方法都會(huì)導(dǎo)致正向壓降 VF、阻斷電壓 VRRM 和 trr 值的不同相互依賴性。正是這些相互依賴（或妥協(xié)）使當(dāng)今市場(chǎng)上可用的超快二極管與眾不同。圖 1 顯示了正向電壓 VF 和反向恢復(fù)時(shí)間 trr 的定性關(guān)系。二極管導(dǎo)通和關(guān)斷行為的最重要參數(shù)（圖 2）VFR、VF、tfr 和 IRM、trr 將受到不同制造工藝的影響。

圖 1 定性 VF – trr 相關(guān)性顯示了各種 FRED 技術(shù)的這種折衷

但如圖 1 所示，每種技術(shù)都必須在正向電壓和恢復(fù)時(shí)間之間做出自己的折衷，才能獲得令人滿意的器件。

圖 2 FRED 二極管的典型開關(guān) I/V 波形

圖 2 顯示了二極管的典型開關(guān)周期。在正向傳導(dǎo)期間，n-外延層（見圖 4）的電阻率因存儲(chǔ)在那里的過量少數(shù)電荷（在這種情況下為空穴）而降低。當(dāng)這個(gè)正向電流被換向另一個(gè)開關(guān)時(shí)，二極管不能恢復(fù)其反向阻斷能力，直到這個(gè)多余的存儲(chǔ)電荷被去除，這只能通過存儲(chǔ)的空穴與背景電子的重新組合或通過二極管的反向電流來實(shí)現(xiàn)。由于理想二極管的反向恢復(fù)電流為零，因此必須加速存儲(chǔ)電荷的復(fù)合，這是通過將復(fù)合中心引入 n-外延層來實(shí)現(xiàn)的。

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