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快恢復(fù)二極管模塊-快恢復(fù)二極管模塊的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分析-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2018-03-06 

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快恢復(fù)二極管模塊

快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管(5us以下),工藝上多采用摻金措施,結(jié)構(gòu)上有采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu),有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)。其正向壓降高于普通二極管(1-2V),反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng),后者則在100納秒以下。



肖特基二極管是以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管,簡(jiǎn)稱肖特基二極管(Schottky Barrier Diode),具有正向壓降低(0.4--0.5V)、反向恢復(fù)時(shí)間很短(10-40納秒),而且反向漏電流較大,耐壓低,一般低于150V,多用于低電壓場(chǎng)合。這兩種管子通常用于開(kāi)關(guān)電源。


肖特基二極管和快恢復(fù)二極管區(qū)別:前者的恢復(fù)時(shí)間比后者小一百倍左右,前者的反向恢復(fù)時(shí)間大約為幾納秒。


前者的優(yōu)點(diǎn)還有低功耗,大電流,超高速!電氣特性當(dāng)然都是二極管。


快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。


肖特基二極管:反向耐壓值較低40V-50V,通態(tài)壓降0.3-0.6V,小于10nS的反向恢復(fù)時(shí)間。它是具有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外,還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵,多為N型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的,所以,其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微,所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制,因而,它是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且,MIS(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體)肖特基二極管可以用來(lái)制作太陽(yáng)能電池或發(fā)光二極管。


快恢復(fù)二極管:有0.8-1.1V的正向?qū)▔航担?5-85nS的反向恢復(fù)時(shí)間,在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換,提高了器件的使用頻率并改善了波形??旎謴?fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。


通常,5~20A的快恢復(fù)二極管采用TO-220FP塑料封裝,20A以上的大功率快恢復(fù)二極管采用頂部帶金屬散熱片的TO-3P塑料封裝,5A一下的快恢復(fù)二極管則采用DO-41,DO-15,或D0-27等規(guī)格塑料封裝。


傳統(tǒng)的快速整流二極管使用摻金或鉑的外延片以控制載流子壽命,但這些二極管表現(xiàn)出了以下的技術(shù)缺點(diǎn)

1.正向電壓降Vf隨著溫度的升高而降低;

2.高溫下漏電流大;

3.高溫下快速di/dt時(shí)開(kāi)關(guān)不穩(wěn)定。


有一種二極管稱為SONIC二極管,其反向恢復(fù)時(shí)間比較長(zhǎng),約0.2~0.4μs,軟度因子在0.7左右。在制造中除了采用平面結(jié)終止結(jié)構(gòu),玻璃鈍化并有硅橡膠保護(hù)外,還采用了從硅片背面進(jìn)行深擴(kuò)散磷和控制軸向壽命抑制因素,使快速二極管的反向恢復(fù)電流衰減較慢,具有反向“軟恢復(fù)”特性,防止在高頻應(yīng)用時(shí)在硬關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)高的反向尖峰電壓,保護(hù)了開(kāi)關(guān)器件及其二極管自身。該二極管在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定,并且對(duì)于溫度的變化正向電壓降的變化可以忽略不計(jì)。該二極管是為高頻應(yīng)用設(shè)計(jì)的,在高頻應(yīng)用時(shí)穩(wěn)定可靠。


新的快速軟恢復(fù)二極管-SONIC二極管系列克服了這些缺點(diǎn),它們的優(yōu)點(diǎn)為:

1.并聯(lián)二極管工作時(shí)正向電壓降Vf與溫度無(wú)關(guān);

2.阻斷電壓穩(wěn)定,漏電流比摻金和鉑的??;

3.快速軟恢復(fù)二極管在高溫下反向漏電流從 25℃到125℃比摻鉑FRED少50%。


SONIC二極管采用磷深擴(kuò)散和軸向壽命抑制因素,電壓從600V至1800V,如圖1所示。在硼中受控的軸向壽命抑制因素用來(lái)控制區(qū)域1中空穴的發(fā)射效率。區(qū)域2所示的軟N區(qū)為軟恢復(fù)提供了額外電荷。空穴的較低的發(fā)射效率使得器件的正向電壓降對(duì)溫度不太敏感,這有利于二極管并聯(lián)工作,并且在高溫時(shí)開(kāi)關(guān)損耗最小。利用電子輻照作為附加的標(biāo)準(zhǔn)壽命抑制因素,二極管的軟度可以得到進(jìn)一步控制。


圖1   SONIC軟恢復(fù)二極管的壽命控制

該二極管恢復(fù)波形異常的平滑沒(méi)有振蕩,所以電磁干擾EMI值非常低。這種軟恢復(fù)二極管不僅導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損失減少,而且允許去除二極管的并聯(lián)RC緩沖器。采用軸向壽命抑制因素可以得到最佳性能的二極管。


電力電子學(xué)中的功率開(kāi)關(guān)器件(IGBT、MOSFET、BJT、GTO)總是和快速二極管相并聯(lián),在增加開(kāi)關(guān)頻率時(shí),除傳導(dǎo)損耗以外,功率開(kāi)關(guān)的固有的功能和效率均由二極管的反向恢復(fù)特性決定。所以對(duì)二極管要求正向瞬態(tài)壓降小,反向恢復(fù)時(shí)間斷,反向恢復(fù)電荷少,并且具有軟恢復(fù)特性。


反向峰值電流IRM是另一個(gè)非常重要的特性。反向電流衰變的斜率dirr/dt由芯片的工藝技術(shù)和擴(kuò)散參數(shù)決定。在電路中,這個(gè)電流斜率與寄生電感有關(guān),例如連接引線,引起過(guò)電壓尖峰和高頻干擾電壓。dirr/dt越高(“硬恢復(fù)”特性),二極管和并聯(lián)的開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生的附加電壓越高。反向電流的緩慢衰減(“軟恢復(fù)”特性)是令人滿意的特性。


所有的FRED二極管都采用了“軟恢復(fù)”特性,SONIC二極管的恢復(fù)特性更“軟”,它們的阻斷電壓范圍寬,使這些快速軟恢復(fù)二極管能夠作為開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的輸出整流器,以及逆變器和焊接電源中的功率開(kāi)關(guān)的保護(hù)二極管和續(xù)流二極管。


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