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快恢复二极管的结构、原理、作用

快恢复二极管概述

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

快恢复二极管概述

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。

快恢复二极管结构

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。

因为PD的主要有源区是势垒区,所以展宽势垒区即可提高灵敏度。p-i-n结快恢复二极管实际上也就是人为地把p-n结的势垒区宽度加以扩展,即采用较宽的本征半导体(i)层来取代势垒区,而成为了p-i-n结。

p-i-n结快恢复二极管的有效作用区主要就是存在有电场的i型层(势垒区),则产生光生载流子的有效区域增大了,扩散的影响减弱了,并且结电容也大大减小了,所以其光检测的灵敏度和响应速度都得到了很大的提高。

快恢复二极管的工作原理

快恢复二极管工作原理

快恢复二极管的内部结构是在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,不仅大大减小了TRR值,还降低了瞬态正向压降,使管子能承受很高的反向工作电压。

快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒,正向压降约为0.6V,正向电流是几安培至几千安培,反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小,使其trr可低至几十纳秒。20[**]以下的快恢复及超快恢复二极管大多采用TO-220封装形式。

加负电压(或零偏压)时,快恢复二极管等效为电容 电阻;加正电压时,快恢复二极管等效为小电阻。用改变结构尺寸及选择快恢复二极管参数的方法,使短路的阶梯脊波导的反射相位(基准相位)与加正电压的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压(或0偏置)的快恢复二极管控制的短路波导的反射相位与标准相位相反(-164°~ 164°之间即可)。

快恢复二极管主要特点

快恢复二极管的主要特点是它的反向恢复时间(trr)在几百纳秒(ns)以下,超快恢复二极管甚至能达到几十纳秒。

快恢复二极管的工作原理

图是反向恢复电流的波形图。图中IF为正向电流,IRM为反向恢复电流,Irr为反向恢复电流,通常规定Irr=0.1IRM。当t≤t0时,正向电流I=IF。当t>t0时,由于整流管上的正向电压突然变成反向电压,因此,正向电流迅速减小,在t=t1时刻,I=0。然后整流管上的反向电流IR逐渐增大;在t=t2时刻达到反向恢复电流IRM值。此后受正向电压的作用,反向电流逐渐减小,并且在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。由t1到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。

快恢复二极管在直流电路中作用

快恢复二极管,具有反向阻断时高耐压低漏电流,正向低通态电阻大电流的特点。由于作为开关使用,因此一般需要其开关速度较快。另外,适当选择续流二极管的特性,尤其是反向恢复特性,如反向恢复时间和反向恢复软度,能够显著减少开关器件、二极管和其他电路元件的功耗,并减小由续流二极管引起的电压尖峰、电磁干扰,从而尽量减少甚至去掉吸收电路。

快恢复二极管的工作原理

一般来说,快恢复二极管的正向压降小,0.4V左右,而普通的硅管在0.6V左右,为了降低损耗才用快恢复二极管。

如果快恢复二极管反向击穿电压是40V,反向击穿之后能够快速恢复;如果快恢复二极管反向击穿电压1000V,则不存在反向击穿的问题,所以这点在直流电路中是可以不用考虑。