快恢復二極體

開關電源中的半導體二極體

快恢復二極體(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體,主要應用於開關電源、PWM脈寬調製器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極體續流二極體阻尼二極體使用。快恢復二極體的內部結構與普通PN結二極體不同,它屬於PIN結型二極體,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區I,構成PIN矽片。因基區很薄,反向恢複電荷很小,所以快恢復二極體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。

分類


採用TO–220或TO–3P封裝的大功率快恢復二極體,有單管和雙管之分。雙管的管腳引出方式又分為共陽和共陰。
應用拓撲結構
FRD 應用拓撲
FRD 應用拓撲

性能特點


反向恢復時間

快恢復二極體
快恢復二極體
反向恢復時間(tr)的定義:電流通過零點由正向轉換到規定低值的時間間隔。它是衡量高頻續流及整流器件性能的重要技術指標。反向恢複電流的波形如圖1所示。IF為正向電流,IRM為最大反向恢複電流。Irr為反向恢複電流,通常規定Irr=0.1IRM。當t≤t0時,正向電流I=IF。當t>t0時,由於整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓,因此正向電流迅速降低,在t=t1時刻,I=0。然後整流器件上流過反向電流IR,並且IR逐漸增大;在t=t2時刻達到最大反向恢複電流IRM值。此後受正向電壓的作用,反向電流逐漸減小,並在t=t3時刻達到規定值Irr。從t2到t3的反向恢復過程與電容器放電過程有相似之處。

結構特點

快恢復二極體
快恢復二極體
快恢復二極體的內部結構與普通二極體不同,它是在P型、N型硅材料中間增加了基區I,構成P-I-N矽片。由於基區很薄,反向恢複電荷很小,不僅大大減小了trr值,還降低了瞬態正向壓降,使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復二極體的反向恢復時間一般為幾百納秒,正向壓降約為0.6V,正向電流是幾安培至幾千安培,反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復二極體的反向恢複電荷進一步減小,使其trr可低至幾十納秒。 20A以下的快恢復及超快恢復二極體大多採用TO-220封裝形式。從內部結構看,可分成單管、對管(亦稱雙管)兩種。對管內部包含兩隻快恢復二極體,根據兩隻二極體接法的不同,又有共陰對管、共陽對管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復二極體(單管)的外形及內部結構。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型(共陰對管)、MUR1680A型(共陽對管)超快恢復二極體的外形與構造。它們均採用TO-220塑料封裝,
幾十安的快恢復二極體一般採用TO-3P金屬殼封裝。更大容量(幾百安~幾千安)的管子則採用螺栓型或平板型封裝形式。

介紹

測量電路如圖3。由直流電流源供規定的IF,脈衝發生器經過隔直電容器C加脈衝信號,利用電子示波器觀察到的trr值,即是從I=0的時刻到IR=Irr時刻所經歷的時間。設器件內部的反向恢電荷為Qrr,有關係式:
trr≈2Qrr/IRM (5.3.1)
由式(5.3.1)可知,當IRM為一定時,反向恢複電荷愈小,反向恢復時間就愈短。

常規檢測方法

在業餘條件下,利用萬用表能檢測快恢復、超快恢復二極體的單嚮導電性,以及內部有無開路、短路故障,並能測出正嚮導通壓降。若配以兆歐表,還能測量反向擊穿電壓。實例:測量一隻C90-02超快恢復二極體,其主要參數為:trr=35ns,Id=5A,IFSM=50A,VRM=700V。外型同圖(a)。將500型萬用表撥至R×1檔,讀出正向電阻為6.4Ω,n′=19.5格;反向電阻則為無窮大。進一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。

注意事項


1)有些單管,共三個引腳,中間的為空腳,一般在出廠時剪掉,但也有不剪的。
2)若對管中有一隻管子損壞,則可作為單管使用。
3)測正嚮導通壓降時,必須使用R×1檔。若用R×1k檔,因測試電流太小,遠低於管子的正常工作電流,故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中,如果選擇R×1k檔測量,正向電阻就等於2.2kΩ,此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V,遠低於正常值(0.6V)。

區別


快恢復二極體是指反向恢復時間很短的二極體(5us以下),工藝上多採用摻金措施,結構上有採用PN結型結構,有的採用改進的PIN結構。其正向壓降高於普通二極體(1-2V),反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長,後者則在100納秒以下。
肖特基二極體是以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極體,簡稱肖特基二極體(Schottky Barrier Diode),具有正向壓降低(0.4--0.5V)、反向恢復時間很短(10-40納秒),而且反向漏電流較大,耐壓低,一般低於150V,多用於低電壓場合。
這兩種管子通常用於開關電源。
肖特基二極體和快恢復二極體區別:前者的恢復時間比後者小一百倍左右,前者的反向恢復時間大約為幾納秒~!
前者的優點還有低功耗,大電流,超高速~!電氣特性當然都是二極體阿~!
快恢復二極體在製造工藝上採用摻金。
肖特基二極體:反向耐壓值較低40V-50V,通態壓降0.3-0.6V,小於10nS的反向恢復時間。它是具有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極體。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外,還可以採用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料採用硅或砷化鎵,多為N型半導體。這種器件是由多數載流子導電的,所以,其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由於肖特基二極體中少數載流子的存貯效應甚微,所以其頻率響僅為RC時間常數限制,因而,它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。並且,MIS(金屬-絕緣體-半導體)肖特基二極體可以用來製作太陽能電池或發光二極體。
快恢復二極體:有0.8-1.1V的正嚮導通壓降,35-85nS的反向恢復時間,在導通和截止之間迅速轉換,提高了器件的使用頻率並改善了波形。快恢復二極體在製造工藝上採用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓。目前快恢復二極體主要應用在逆變電源中做整流元件.
通常,5~20A的快恢復二極體採用TO-220FP塑料封裝,20A以上的大功率快恢復二極體採用頂部帶金屬散熱片的TO-3P塑料封裝,5A一下的快恢復二極體則採用DO-41,DO-15,或D0-27等規格塑料封裝。

快恢復參數表


型號品牌額定電流額定電壓反向恢復時間封裝極性
IN5817GJ1A20V10ns
IN5819GJ1A40V10ns
IN5819MOT1A40V10ns
IN5822MOT3A40V10ns
21D-06FUI3A60V10ns
SBR360GI3A60V10ns
C81-004FUI3A40V10ns
8TQ080IR8A80V10ns單管
MBR1045MOT10A45V10ns單管
MBR1545CTMOT15A45V10ns雙管
MBR1654MOT16A45V10ns雙管
16CTQ100IR16A100V10ns雙管
MBR2035CTMOT20A35V10ns雙管
MBR2045CTMOT20A45V10ns雙管
MBR2060CTMOT20A60V10ns雙管
MBR20100CTIR20A100V10ns雙管
025CTQ045IR25A45V10ns雙管
30CTQ045IR30A45V10ns雙管
C85-009*FUI20A90V10ns雙管
D83-004*FUI30A40V10ns雙管
D83-009*FUI30A90V10ns雙管
MBR4060*IR40A60V10ns雙管
MBR30045MOT300A45V10ns
MUR120MOT1A200V35ns
MUR160MOT1A600V35ns
MUR180MOT1A800V35ns
MUR460MOT4A600V35ns
BYV95PHI1.5A1000V250ns
BYV27-50PHI2A55V25ns
BYV927-100PHI2A100V25ns
BYV927-300PHI2A300V25ns
BYW76PHI3A1000V200ns
BYT56GPHI3A600V100ns
BYT56MPHI3A1000V100ns
BYV26CPHI1A600V30ns
BYV26EPHI1A1000V30ns
FR607GI6A1000V200ns
MUR8100MOT8A1000V35ns單管
HFA15TB60IR15A600V35ns單管
HFA25TB60IR25A600V35ns單管
MUR30100HAR30A1000V35ns單管
MUR30120HAR30A1200V35ns單管
MUR1620PHI16A200V35ns雙管
MUR1620CTMOT16A200V35ns雙管
MUR1620PMOT16A200V35ns雙管
MUR1660CTMOT16A600V35ns雙管
HFA16TA600IR16A600V35ns雙管
MUR3030GI30A300V35ns雙管
MUR3040MOT30A400V35ns雙管
MUR3060MOT30A600V35ns雙管
HFA30TA600IR30A600V35ns雙管
MUR20040MOT200A400V35ns雙管
B92M-02FUI20A200V35ns單管
C92-02FUI20A200V35ns雙管
D92M-02FUI30A200V35ns雙管
D92M-03FUI30A300V35ns雙管
DSE130-06DSET30A600V35ns雙管
DSE160-06DSET60A600V35ns雙管