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快恢复二极管和超快恢复二极管的电源特性分析

2020年07月10日 11:51 次阅读

开关电源二次侧的输出整流电路中,一般选用反向恢复时闷较短的整流二极管,常用的主要有快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基势垒二极管。

快恢复二极管和超快恢复二极管广泛用于PWM脉宽调制器、开关电源、不间断电源(UPS)等领域作为高频、大电流的整流二极管、续流二极管或阻塞二极管,是极有发展前途的电力电子半导体器件,具有开关特性好、反向恢复时间短、耐压高、正向电流大、体积小、安装简便等优点。这两种整流二极管还减少了开关电压尖峰,而这种尖峰直接影响输出直流电压的波纹。

快恢复二极管是指反向恢复时间很短,一般小于SUs,迅速由导通状态过渡到关断状态的PN结整菠管。它在制造工艺上采用掺金措施,在结构上有的采用PN结型结构,有的采用改进的PIN结构,可获得较高的开关速度和较低的正向压降。它从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级,前者的反向恢复时间为数百纳秒或更长.后者则在100ns以下,大大提高了电源的效率。

PIN结构快恢复二极管与普通PN结二极管不同,它在P型硅材料与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,所以快恢复二极管的反向恢复时间较短。在同等容量下,PIN结构快恢复二极管具有正向压降低,反向恢复时间短等优点。对于不同型号的快恢复二极管来说,耐压越高,电流越大,恢复时间就越长,导通压降就越大。快恢复二极管常用于开关频率不太高( 20 - 50kHz)的输出整流电路中。

快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒,正向电流是几安培至几千安培,反向峰值电压可达几百伏至几千伏。常用的小电流快恢复二极管的主要型号有FR101 - FR107(1A,50 - IOOOV)、FR301 - FR307(3A,50 - IOOOV)等,可用于辅助开关电源的输出整流。在选择快恢复二极管时,其反向恢复时间应该约为开关晶体管上升时间的1/3更小。

超快恢复二极管是在快恢复二极管基础上发展而成的,其反向恢复电荷进一步减小,反向恢复时间更短,trr可低至几十纳秒。UFRD的优点是正向导通损耗小,结电容小,运行温度可较高,允许的结温在175度左右。UFRD -般用于开关频率在50kHz以上的整流电路中:型号为1N6620 -1N663I的高电压超快恢复二极管的trr35或50n8,并且在高温下反向电流小、正向恢复电压低,适用于高电压输出(PIV为600V)的开关变换器;型号为1N5802- 1N5816、1N6304 - 1N6306的UFRD,其PIV 《400V,可用于24V或48V输出(二极管的反向额定电压分别为150和400V)的开关变换器。

快恢复二极管和超快恢复二极管的电源特性分析

用在开关电源输出整流中的快恢复及超快恢复二极管,需要根据电路的最大输出功率来决定是否加装散热器。

20A以下的快恢复二极管及超快恢复二极管大多采用TO - 220FP封装;几十妥以上刚大功率快恢复、超快恢复二极管一般采用顶部带金属散热片的TO -3P金属壳封装;更大容量(几百安至几千安)的管子则采用螺栓型或平板型封装。从内部结构看,快恢复二极管及超快恢复二极管可分成单管、对管两种,对管内部包含两个快恢复或超快恢复二极管,根据两个二极管接法的不同,它们又有共阴对管、共阳对管之分,其内部结构示。

常用的8TQ080、MBR1045等单管的恢复时间为10ns,HFA15TB60、MUR30120、MUR8100等单管的恢复时间为35ns,MBR2060CT、025 CTQ045、D83 -004等双管的恢复时间为l0ns,MUR1620P. HFA16TA600、B92M - 02、DSE160 - 06等双管的恢复时间为35ns。常用的小功率快恢复二极管有FR系列和PFR系列等,FR/PFR系列快恢复二极管的主要参数如表6-1所示。

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