快恢复二极管的特性及测量
网络整理 2021-08-02

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。因基区很薄,反向恢复电荷很小,所以快恢复二极管的反向恢复时间较短,正向压降较低,反向击穿电压(耐压值)较高。

快恢复二极管通常,5~20A的快恢复二极管管采用TO–220FP塑料封装,20A以上的大功率快恢复二极管采用顶部带金属散热片的TO–3P塑料封装,5A以下的快恢复二极管则采用DO–41、DO–15或DO–27等规格塑料封装。

采用TO–220或TO–3P封装的大功率快恢复二极管,有单管和双管之分。双管的管脚引出方式又分为共阳和共阴。

快恢复二极管特点及检测方法

性能特点

1)反向恢复时间反向恢复时间tr的定义

是电流通过零点由正向转换到规定低值的时间间隔。它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。反向恢复电流的波形如图1所示。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,由于整流器件上的正向电压突然变成反向电压,因此正向电流迅速降低,在t=t1时刻,I=0。然后整流器件上流过反向电流IR,并且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。

快恢复二极管:有0.8-1.1V的正向导通压降,35-85nS的反向恢复时间,在导通和截止之间迅速转换,提高了器件的使用频率并改善了波形。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。

2)快恢复、超快恢复二极管的结构特点

20A以下的快恢复及超快恢复二极管大多采用TO-220封装形式。从内部结构看,可分成单管、对管(亦称双管)两种。对管内部包含两只快恢复二极管,根据两只二极管接法的不同,又有共阴对管、共阳对管之分。图2(a)是C20-04型快恢复二极管(单管)的外形及内部结构。(b)图和(c)图分别是C92-02型(共阴对管)、MUR1680A型(共阳对管)超快恢复二极管的外形与构造。它们均采用TO-220塑料封装,

几十安的快恢复二极管一般采用TO-3P金属壳封装。更大容量(几百安~几千安)的管子则采用螺栓型或平板型封装形式。

检测方法

快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同,它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I,构成P-I-N硅片。由于基区很薄,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。

1)测量反向恢复时间

测量电路如图3。由直流电流源供规定的IF,脉冲发生器经过隔直电容器C加脉冲信号,利用电子示波器观察到的trr值,即是从I=0的时刻到IR=Irr时刻所经历的时间。设器件内部的反向恢电荷为Qrr,有关系式:

trr≈2Qrr/IRM (5.3.1)

由式(5.3.1)可知,当IRM为一定时,反向恢复电荷愈小,反向恢复时间就愈短。

2)常规检测方法

在业余条件下,利用万用表能检测快恢复、超快恢复二极管的单向导电性,以及内部有无开路、短路故障,并能测出正向导通压降。若配以兆欧表,还能测量反向击穿电压。实例:测量一只C90-02超快恢复二极管,其主要参数为:trr=35ns,Id=5A,IFSM=50A,VRM=700V。外型同图(a)。将500型万用表拨至R&TImes;1档,读出正向电阻为6.4Ω,n′=19.5格;反向电阻则为无穷大。进一步求得VF=0.03V/格&TImes;19.5=0.585V。证明管子是好的。

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