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快恢复二极管的反向恢复特性是什么

发布时间:2022.03.22
信息摘要:
 现代脉冲电路中大量使用晶体管或二极管作为开关,或者使用主要是由它们构成的逻辑集成电路。而作为开关应用的二极管主要是利用了它的通态电阻很小、断态电阻很大的特性,即二极管对正向及反向电流表现出的开关作用。

  现代脉冲电路中大量使用晶体管或二极管作为开关,或者使用主要是由它们构成的逻辑集成电路。而作为开关应用的二极管主要是利用了它的通态电阻很小、断态电阻很大的特性,即二极管对正向及反向电流表现出的开关作用。二极管和一般开关的不同在于“开”与“关”由所加电压的极性决定,而且“开”态有微小的压降Uf,“关”态有微小的电流Io。当电压由正向变为反向时,电流并不立刻成为-Io,而是在一段时间ts内,反向电流始终很大,二极管井不关断。经过ts后,反向电流才逐渐变小,再经过ts时间,二极管的电流才成为-Io,这一过程如图1所示。ts称为储存时间,tr称为下降时间。Trr=ts+tr称为反向恢复时间,以上过程称为反内恢复过程。

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  快恢复二极管的反向恢复过程实际上是由电荷存诸效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当作开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr短,则二极管在正、反向都可导通,起不到开关作用。因此了解二极管反向恢复时间对正确选取二极管和合理设计电路至关重要。

  开关从导通状态向截止状态转变时,二极管在阻断反向电流之前需要首先释放存储的电荷,这个放电时间被称为反向恢复时间,在此期间电流反向流过二极管。即从正向导通为0时到进入完全截止状态的时间。

  反向恢复过程,实际上是由电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是正向导通时PN结存储的电荷耗尽所需要的时间。假设为trr,若有一频率为f1的连续PWM波通过二极管,当二极管反向恢复时间长时,二极管反方向时就不能阻断此PWM波、起不到开关作用。反向恢复时间短使二极管能在导通和截止之间迅速转换,可获得较高的开关速度,提高了器件的使用频率并改善波形。

  快恢复二极管的最主要特点是它的反向恢复时间(trr)在几百ns以下,快速恢复外延二极管(FRED)、超快恢复二极管、SiC二极管甚至能达到几十ns。所谓反向恢复时间trr严格的定义是:电流通过零点由正向转换成反向,再由反向转换到规定值的时间间隔,它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。

  图1中,IF为正向电流,IRM为最大反向恢复电流,Irr为反向恢复电流,通常规定Irr=0.1IRM。当t≤to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时刻达到电大反向恢复电流IRM值。此后通过环路放电,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仿之处。由t1到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。

  电子学应用中的电力开关(IGBT,MOSFET、BJT,GTO)和续流二极管一样,在增加开关频率时,电力开关的功能和效率,除了传导损失外,是由二极管的关断特性决定的Qr、IRM和trr特性,见图1。

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