快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode，F(xiàn)RD)是一種具有快速反向恢復(fù)特性的半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于高頻開關(guān)電源、逆變器、電機(jī)驅(qū)動和其他需要快速開關(guān)的電路中。

本指南旨在幫助工程師了解FRD的特性、選型方法及其在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

FRD的基本特性

01 反向恢復(fù)時(shí)間(trr)

定義: 從正向?qū)ㄇ袚Q到反向阻斷時(shí)，存儲的少數(shù)載流子被清除所需的時(shí)間。

重要性: trr 越短，F(xiàn)RD的開關(guān)速度越快，適用于高頻應(yīng)用。

02 反向恢復(fù)峰值電流(Irr)

定義: 反向恢復(fù)過程中反向電流的最大值。

重要性: Irr越大，反向恢復(fù)損耗越高，需根據(jù)電路需求選擇合適的FRD。

03 反向恢復(fù)電荷(Qrr)

定義: 反向恢復(fù)過程中流動的總電荷量。

重要性: Qrr 是計(jì)算反向恢復(fù)損耗的重要參數(shù)，影響電路的效率和熱設(shè)計(jì)。

04 正向壓降(VF)

定義: FRD在正向?qū)〞r(shí)的電壓降。

重要性: VF越小，導(dǎo)通損耗越低，適用于高效率電路。

FRD的選型方法

01確定工作電壓：選擇FRD時(shí)，其最大反向電壓(VR)應(yīng)高于電路中的最大反向電壓，通常留有20%-30%的裕量。

02 確定工作電流：FRD的額定正向電流(IF)應(yīng)高于電路中的最大正向電流，通常留有20%-30%的裕量。

03 選擇反向恢復(fù)時(shí)間：根據(jù)電路的開關(guān)頻率選擇適當(dāng)?shù)膖rr，高頻應(yīng)用應(yīng)選擇trr較短的FRD。

04 考慮熱設(shè)計(jì)：根據(jù)FRD的功耗, 熱阻以及工作溫度計(jì)算結(jié)溫，確保其在安全工作溫度范圍內(nèi)。

實(shí)際應(yīng)用

01損耗計(jì)算

FRD應(yīng)用中，除開正向?qū)〒p耗，反向恢復(fù)損耗也非常重要。二極管整體損耗主要由這兩者共同決定。在應(yīng)用中需要根據(jù)實(shí)際情況，來評估FRD的Trr選擇是否合適。

理想反向恢復(fù)波形中，反向恢復(fù)產(chǎn)生的損耗

Psw-off≈Vrp*Irrm*Trr*fsw/2

在實(shí)際反向恢復(fù)中，Vrp接近于Vr，反向恢復(fù)產(chǎn)生的損耗

Psw-off≈Vr*Irrm*Trr*fsw/2

不管何種波形，針對高頻應(yīng)用，需要評估器件整體功耗是否超標(biāo)，是否有熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

器件整體功耗：

PD=Pon+Poff+Psw-on+Psw-off

(其中Poff因?yàn)槁╇娏餍?，Psw-on因?yàn)闀r(shí)間短，正向壓降小，兩者的功耗幾乎可以忽略，Psw-off需要計(jì)算高溫下的數(shù)值，溫度越高Trr越大，Psw-off也會越大)

根據(jù)熱阻計(jì)算對應(yīng)溫升：DT=PD*Rthjc

根據(jù)器件實(shí)際工作溫度，計(jì)算器件結(jié)溫：Tj=Tc+DT

確保器件結(jié)溫Tj不超過Tjmax，并有一定余量。

如下兩顆FRD具有相同的電流電壓規(guī)格，Trr差異較小，但是反向恢復(fù)損耗卻相差較大，在高溫條件下，差距會進(jìn)一步放大, 由此帶來的功耗差異也不能忽略。

按照5A/200V，頻率65KHz應(yīng)用計(jì)算反向恢復(fù)損耗： 樣品A的反向恢復(fù)損耗：Psw-off=0.77W 樣品B的反向恢復(fù)損耗：Psw-off=0.12W

02軟恢復(fù)和硬恢復(fù)

恢復(fù)電流恢復(fù)太突然時(shí)，它會產(chǎn)生更多的噪音. 因此，trr不僅要小，而且需要較緩的恢復(fù)。下面數(shù)字1和3在規(guī)格中可能看起來具有相同的trr，但損耗和噪音都大不相同。此外，2號在查看規(guī)格時(shí)看起來非常好，但它會產(chǎn)生很大的噪音。

蘇 州 固 锝

成立于1990年的蘇州固锝，是一家技術(shù)領(lǐng)先的中國功率半導(dǎo)體器件制造商，擁有完整的“晶圓-封測”IDM供應(yīng)鏈體系，于2006年深交所上市(002079)。最新財(cái)年2023年銷售額達(dá)40.87億人民幣，較2022年增長了25.1%。

作為國內(nèi)最大的整流二極管廠家之一，蘇州固锝不斷完善功率產(chǎn)品系列(Diodes、MOSFET、SiC、IGBT等)、開發(fā)獨(dú)特的IC封裝技術(shù)以及對品質(zhì)的長期堅(jiān)守，贏得了廣大客戶的信賴;依靠其位于中國長三角和馬來西亞居林Kulim的5家生產(chǎn)基地，為全球客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品服務(wù)。