一種新型超快速軟恢復(fù)外延二極管

1.引言

隨著高頻開(kāi)關(guān)功率器件的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)電源在我們生活中的應(yīng)用越加廣泛和深入。應(yīng)用在高頻開(kāi)關(guān)電路中的二極管主要是快速恢復(fù)外延二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)FRED（Fast Recovery Epitaxial Diode）。雖然FRED不是開(kāi)關(guān)電源中的主動(dòng)開(kāi)關(guān)器件，但是在高頻開(kāi)關(guān)電路中應(yīng)用到主開(kāi)關(guān)器件的地方都必須配合使用FRED。性能良好的FRED對(duì)提高開(kāi)關(guān)電源總體性能而言是至關(guān)重要的。

但是很多工程師在選擇FRED時(shí)，都只是片面注重反向恢復(fù)時(shí)間t_rr等單一參數(shù)來(lái)進(jìn)行橫向比較及最終選擇FRED產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試。衡量一個(gè)FRED器件是否符合某個(gè)產(chǎn)品的具體應(yīng)用，單個(gè)參數(shù)的對(duì)比是不夠的。而且半導(dǎo)體器件的性能參數(shù)都是以廠(chǎng)家設(shè)定的情況下的測(cè)試數(shù)據(jù)描述的，所以測(cè)試條件不同，參數(shù)大都不同。所以本文這里列出了FRED關(guān)鍵性能的參數(shù)來(lái)描述它們?cè)诰唧w應(yīng)用中的影響，并以次為描述Microsemi公司DQ 系列FRED的主要優(yōu)點(diǎn)，為客戶(hù)的選擇和設(shè)計(jì)提供參考。

2.二極管的主要性能參數(shù)

2.1.靜態(tài)參數(shù)

下圖為二極管靜態(tài)特性的基本描述。靜態(tài)特性又分為正向?qū)ㄌ匦院头聪蜃钄嗵匦浴?/p>

圖1 二極管靜態(tài)特性

1） I_F– 二極管的正向電流。通常都用最大正向直流電流I_FAV來(lái)描述二極管的容量或帶載能力。這個(gè)參數(shù)可通過(guò)如下公式計(jì)算：

對(duì)用戶(hù)應(yīng)用而言，不同的殼溫有不同對(duì)應(yīng)的I_FAV數(shù)值。

2） V_F– 二極管的正向?qū)妷?。V_F隨著二極管正向電流I_F的增加而增加。V_F是負(fù)溫度系數(shù)，所以基本不建議二極管并聯(lián)。V_F和I_F的乘積為二極管的導(dǎo)通損耗，所以一般情況下，希望二極管的V_F值盡量小。

3） V_R– 二極管的最大反向阻斷電壓。這是二極管最大工作的額定電壓。在二極管的規(guī)格書(shū)內(nèi)這個(gè)數(shù)值統(tǒng)一了最大重復(fù)反向電壓峰值V_RRM以及最大反向工作電壓峰值V_RWM。這個(gè)參數(shù)具有正溫度系數(shù)，通常規(guī)格書(shū)都標(biāo)稱(chēng)25⁰C的最小值。

4） I_RM–二極管最大反向漏電流。這是一個(gè)具有正溫度系數(shù)的參數(shù)。這個(gè)數(shù)值與V_R的乘積為二極管阻斷狀態(tài)下的損耗。另外這個(gè)數(shù)值是影響二極管的可靠性的相關(guān)參數(shù)。

5） E_AVL–雪崩耐量。這個(gè)參數(shù)用于描述二極管的魯棒性。如果電路實(shí)際電壓超過(guò)V_R值，一般情況下二極管都會(huì)損壞。但是對(duì)于某些具有雪崩耐量額定E_AVL的二極管，如DQ，如果電壓尖峰總能量小于雪崩耐量額定E_AVL，二極管仍然不會(huì)損壞。

2.2.動(dòng)態(tài)參數(shù)

下圖為二極管動(dòng)態(tài)特性的基本描述。在不同的測(cè)試條件，如I_F，V_R，di/dt，T_J等，測(cè)試的結(jié)果就會(huì)不同。所有的參數(shù)對(duì)比必須在同樣的測(cè)試條件下才有意義。

圖2 二極管動(dòng)態(tài)特性

1） t_rr– 反向恢復(fù)時(shí)間。其定義是從電流過(guò)零開(kāi)始，直到通過(guò)I_RRM和0.25 I_RRM兩點(diǎn)的直線(xiàn)的過(guò)零點(diǎn)，如上圖所示。這個(gè)參數(shù)描述二極管反向恢復(fù)的速度，在ZVS電路中是比較重要的指標(biāo)。但是它不能直接衡量二極管的反向損耗。一般情況下，t_rr的值隨溫度的增加而大幅度增加，隨測(cè)試di/dt的增加而小幅度減小，低I_F，V_R有小的t_rr值。通常不同生產(chǎn)廠(chǎng)家都會(huì)給出小注入條件I_FAV=1A時(shí)的t_rr作為用戶(hù)橫向?qū)Ρ取?/p>

2） I_RRM– 最大反向恢復(fù)電流。這參數(shù)的大小將嚴(yán)重影響對(duì)應(yīng)IGBT/MOSFET的電流應(yīng)力和開(kāi)通損耗。一般情況下，I_RRM值隨溫度的增加而增加，隨測(cè)試di/dt的增加而增加。

3） Q_rr– 反向恢復(fù)電荷。Q_rr定義為t_rr期間電流-時(shí)間曲線(xiàn)包圍的面積。

Q_rr與二極管的反向恢復(fù)損耗呈正比。衡量二極管的關(guān)斷損耗性能的參數(shù)應(yīng)該是Q_rr，而不應(yīng)該是單獨(dú)的t_rr或I_RRM。