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快恢复二极管工作原理及使用

 十成大海 2022-10-21 发布于四川

对于二极管来说,加在其两端的电压由正向变到反向时,响应时间一般很短,而相反的由反向变正向时其时间相对较长,此即为反向恢复时间。当高频场合使用到二极管时,要求其反向的恢复时间短,此时就需要一种反向快速恢复的二极管,我们把这种二极管叫做快恢复二极管。

快恢复二极管怎么实现的快恢复呢??

一、物理结构
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。因为PD的主要有源区是势垒区,所以展宽势垒区即可提高灵敏度。PIN结快恢复二极管实际上也就是人为地把PN结的势垒区宽度加以扩展,PIN结快恢复二极管的有效作用区主要就是存在有电场的I型层(势垒区),则产生光生载流子的有效区域增大了,扩散的影响减弱了,并且结电容也大大减小了,所以其光检测的灵敏度和响应速度都得到了很大的提高。
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二、电气性能
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图中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≤t0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时刻达到最大反向恢复电流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似之处。由t1到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。
快恢复二极管的最主要特点是它的反向恢复时间(trr)在几百纳秒(ns)以下,超快恢复二极管甚至能达到几十纳秒。

三、在自举电路中的应用
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。
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系统初始在上电瞬间自举电容两端电压为零,如果IPM需要正常启动工作,驱动电路VCC就需要正常供电,初始化时没有电压,在IPM工作前,需要对自举电容进行充电,通过控制驱动信号足够脉冲数量,精确控制IGBT开通,将电容两端电压抬升至目标电压。
具体工作过程为:
a、在上电瞬间需要对自举电容进行充电,下桥臂的IGBT开通将对应相输出电压拉低到地,电源通过自举电阻、自举二极管对电容进行充电。
b、当上桥IGBT开通时,输出电压再次升至母线电压。电容两端电压因不能突变,两端电压仍保持在供电电压水平,同时给IGBT驱动提供电压。自举二极管反向截止,将弱电电源部分与母线电压有效隔离,避免强电导入弱电击穿电路器件,以上是半个循环,后续周而复始进行。
通过对IPM自举电路初始上电工作瞬间工作原理及工乍过程进行分析发现,在电路开始工作之前系统初始化阶段,下桥IGBT开启自举电容充电过程二吸管承受电压最小,二极管不会存在过压失效可能,上桥IGBT开启过程二极管此时起到强弱电的有效隔离,两端承受电压最大,除IP同外为此电路承受电压冲击频率最大器件,如果器件因各种因素导致反向耐压偏低极易出现器件反向耐压不足击穿失效。

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