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
反向恢复时间(tr)的定义: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为大反向恢复电流。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。然后整流器件过反向电流IR,并且IR逐渐增大;在t=t2时刻达到大反向恢复电流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。
FRED 是用外延片、离子注入工艺制备的快速二极管,其特点是开关速度更快、具有较小的恢复电荷 Qrr 和反向恢复电流 IRRM、参数更、开关损耗以及软度更优。常用来给高频逆变装置的开关器件作续流、吸收、箝位、隔离、输出和输入整流器,使开关器件的功能得到充分发挥。外延快恢复二极管 (fast),其反向恢复时间在 75ns。
FRED二极管在整个工作温度范围内性能稳定,并且对于温度的变化,正向电压降的变化可以忽略不计。该二极管是为高频应用设计的,在高频应用时稳定可靠。由于单个芯片通态电流较小,大电流情况下一般并联使用,组成大电流快恢复二极管模块。由于是并联使用,模块的反向恢复时间要比单个芯片的长。
随着电子技术的不断发展,人们对快恢复二极管的要求也越来越高。未来,快恢复二极管将具有以下发展趋势(1)提高电流密度:提高快恢复二极管的电流密度,以适应更高功率的电源和开关应用。(2)降低反向漏电流:降低快恢复二极管的反向漏电流,提高其可靠性和稳定性。
(3)继续提高开关速度:提高快恢复二极管的反向恢复时间和开关速度,以适应更高频率的开关应用。
(4)提高耐辐照性能:提高快恢复二极管的耐辐照性能,以适应更严苛的环境要求。
快恢复二极管主要应用于电源电路和高速开关电路中,如开关电源、高速恢复整流电路、变频器、电机驱动控制等领域。具体应用场合如下:
(1)变频控制:随着现代智能制造的发展,被广泛应用于交流电机驱动控制中。由于交流电机的传动、运行平稳,适应于各种负载要求,因此应用越来越广泛。而快恢复二极管作为变频器中的重要部件,可以使得整个控制系统更加、灵敏。
(2)开关电源:开关电源是现代电子设备中的电源类型,常用于电脑、手机等数字电子产品中。由于开关电源需要在高速开关模式下工作,所以需要使用快恢复二极管降低开关失真和反向压力。
(3)高速恢复整流电路:在半导体技术的发展过程中,快恢复二极管取代了肖特基二极管,成为高速恢复整流电路的理想选择。它可以降低开关噪声、减少开关损耗、增加能源利用率。
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