标签: 续流二极管

IGBT模块上有一个“续流二极管”。它有什么作用呢？ 答：当PWM波输出的时候，它是维持电机内的电流不断用的。 我在说明变频器逆变原理的时候，用的一个电阻做负载。 电阻做负载，它上面的电流随着电压有通断而通断，上图所示的原理没有问题。 但变频器实际是要驱动电机的，接在电机的定子上面，定子是一组线圈绕成的，就是“电感”。 电感有一个特点：它的内部的电流不能进行突变。 所以当采用PWM波输出电压波形时，加在电机上的电压就是“断断续续”的，这样电机内的电流就会“断断续续”的，这就给电机带来严重的后果：由于电感断流时，会产生反电动势，这个电动势加在IGBT上面，对IGBT会有损害。解决的办法：在IGBT的CE极上并联“续流二极管”。有了这个续流二极管，电机的电流就是连续的。 具体怎么工作的呢？ 如下图，负载上换成了一个电感L。当1/4开通时，电感上会有电流流过。 然后PWM波控制1/4关断，这样上图中标箭头的这个电路中就没有电流流过。由于电感L接在电路中，电感的特性，电流不能突然中断，所以电感中此时还有电流流过，同时因为电路上电流中断了，导致它会产生一个反电动势，这个反电动势将通过3的续流二极管加到正极上，由于正极前面有滤波电容，这个反电动势可以对电容进行充电。这样，正极的电压也不会上升。如下图： 坦白说，上面的这个解释节我写得不是很有信心，我希望有高人出来指点一下。欢迎朋友在评论中留言。 我会在后面写《变频器的输出电流》一节中，通过实际的电流照片，验证这个二极管的作用。 * * * * * * * * * 现在来解释在《变频器整流部分元件》中说，在《电流整流的方式分类》中讲的“也可以用IGBT进行整流”有问题的。 IGBT,通常就是一个元件，它不带续流二极管。即是这个符号： 商用IGBT模块，都是将“IGBT+续流二极管”集成在一个整体部件中，即下面的这个符号。 在工厂中，我们称这个整体部件叫IGBT，不会说“IGBT模块”。 我们可以用“IGBT模块”搭接一个桥式整流电路，利用它的续流二极管实现整流。 这样，我们说：IGBT也可以进行整流，也没有错。但它的实质，还是用的二极管实现了整流。 既然是用了“IGBT模块”上的“续流二极管”整流，为什么不直接用“二极管”呢？ 答案是：这一种设计是利用“IGBT”的通断来治理变频器工作时产生的“谐波”，这个原理以后写文再讲。

我遇到一个故障，IGBT组件在机组上失效。将驱动板和IGBT分开来（我们的IGBT组件是IGBT模块+驱动板焊在一起的），用万用表二极管档量IGBT的输入输出。 结果二极管档显示短路。然后用万用表测量，也显示短路。感觉是续流二极管烧穿了。 后来把这一块失效的IGBT给厂商分析，结果厂商分析下来是IGBT的DS极短路。 提供的照片显示是IGBT上有一个烧融点，后来想明白了，由于IGBT的CE极和续流二极管负正极并联。这样如果IGBT的CE极短路了，看上去就是续流二极管发生了短路。

第一次发贴，写得不是很有条理。欢迎大家一起交流。 *********** 背景： 我工作的单位做VSD（变频启动柜），IGBT是它上的关键元件。 要让IGBT工作，得有一块驱动板（PCBA）.我们现在的设计方案：采用Infineon的一款焊接型IGBT，将它和PCBA焊在一起。我们称这个组件为IGBT组件。 如果在应中用，这个组件出了问题，我们就没有办法区别是PCBA有问题，IGBT有问题。 之前，遇到这个问题时，我们都是直接把二者分开，然后把它们分别送给供应商做分析。 IGBT供应商分析的结果，都是IGBT良品，但又不建议使用。 这么一来，时间长了，我们也不高兴再送IGBT厂商分析，直接报废。（一年报废的金额可以相像有多大）。后来报废的钱太多了，老板又心疼，让我们想想办法怎么减少损失。 我们就采用：IGBT坏的可能低，驱动板有问题的可能性大。 这样就将IGBT再次使用，但总归会有一些IGBT确实是坏的，生产线发现再次使用的IGBT是坏的，就火大（他们要将IGBT和驱动板用烙铁分开来，烦的）。 ********************** 最近我仔细研究了IGBT的原理，一个IGBT并联一个继流二极管。 这样我们就可以用简单的办法来判别IGBT本身有没有问题了。 1，当组件有问题时，先用万用表的二极管档对IGBT的续流二极管进行测量，确实有二极管反向导通的现象。（这个肯定是不合格的，就退供应商分析。）这样就少了不良IGBT再次使用的问题。生产线员工看到它确实是坏的，也就乐意把它们分开。 2，如果二极管测试合格的，就把IGBT和驱动板分开，对IGBT件单独检测。 检测的办法：在它的门极和发射极之加9V电压（9V电池做电源），然后用万用表的二极管档在CE之间测量，良品，CE极之间应有0.3V左右的电压降。如果是无穷大，或者为0，或者其它电压降（我们曾遇到过一个案例：比如0.47V，）就是坏的。 利用以上办法，我们对生产线上的不良组件进行了分选，基本上只有10%左右的不良。选出来的良品再使用时，尚未发生IGBT组件测试有问题的案例。 ***********

二极管是最基本的电路器件，硬件工程师经常使用，但你未必能用对，未必能用好。 比如说大家都知道接口部分一般都需要ESD保护，其实TVS瞬变电压抑制二级管用作ESD保护就极为讲究，对于USB3.0, HDMI接口等高速器件，要特别关注TVS管上的结电容参数，一般根据信号速率选取几个pf，如果电容值过大，电路将无法正常工作，但是对于一般的低速接口或者电源管脚，此时可以选择寄生电容值大的TVS管，因为更便宜，控制BOM的成本也是硬件工程师的重要职责，数据手册中结电容如下图一所示。 实际的工程实际中，二极管常用于交流电压转换成直流电压电路中，也常常用来做稳压电路，限幅电路，续流电路，挑几个常见且重要的电流来分析一下。 *图1 TVS管中结电容的参数情况* 二极管的作用就如同是一个电流的单向门。当二极管的阳极相对于阴极为正电压时，二极管允许电流通过，而当极性相反后，二极管不允许电流通过。 图2 二极管符号及种类 #1. 二极管作用的类比水流模拟 课本中经常将电压比作水压来模拟，同样二极管的功能也可以类似水流来模拟。二极管相对电流就像是一个单向阀门，比如下图的正向偏置时，只要偏置电压超过阈值电压，阀门就会打开，水流可以顺利流下来；对于反向偏置时，阀门无法打开，没有水流流过。 图3 二极管的类比以及IV曲线 以上，右图是二极管最为重要的IV曲线，基本上用到所有的二极管都需要重点开此图，从上图可以清楚看出，不管二极管的正向电流或者反向电压都不能超过额定值，否则会损坏。 #2. 整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。 图4 AC/DC转换电路简图 #3. 续流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用，这个功能非常实用。 在图5中，开关A和开关B分别利用PFET和NFET开关实现，构成一个同步降压调节器。“同步”一词表示将一个FET用作低端开关。用肖特基二极管代替低端开关的降压调节器称为“异步”（或非同步）型。处理低功率时，同步降压调节器更有效，因为 FET 的压降低于肖特基二极管，主要由Rds(on)决定。然而，当电感电流达到0时，如果底部FET未释放，同步转换器的轻载效率会降低，而且额外的控制电路会提高IC的复杂性和成本。肖特基二极管可以用作续流二极管，肖特基的PN结比较特殊，这使它具有非常小的结电容，存储电荷很少，因此这种结具有非常快的开关速度，可以用于高速嵌位。肖特基二极管特长是：开关速度非常快，反向恢复时间特别短。因此，能制作开关二极管低压大电流整流二极管。 图5 降压稳压器BUCK电路中肖特基二极管的使用 图6中，开关A和B已分别使用内部NFET和外部肖特基二极管，从而形成异步升压调节器。对于需要负载隔离和低关断电流的低功耗应用，可添加外部FET。 图6 升压调节器BOOST电路中肖特基二极管的使用 顺便提一下，整流MOS管开通，关断所产生的纹波是主要噪声源之一。开关管开通关断都会有一个上升时间和下降时间，在电路中会引起同频的噪声。输出回路的电感也会随着充电放电产生一个噪声，同时也会有漏感产生。而解决办法就是： 用合适的滤波器滤除。 在MOS管外加肖特基二极管，反向恢复时间很短，可以降低损耗。 图7 同步整流器BUCK电路的基本框图