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快恢复二极管FRD什么意思?

作者:海飞乐技术 时间:2016-12-29 16:20

     FRD是快恢复二极管英文Fast Recovery Diode的缩写,快恢复二极管是一种常用于高频整流电路中的二极管。
   随着电力电子技术的发展,各种变频电路、斩波电路的应用不断扩大,这些电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管,还是采用有自关断能力的新型电力电子器件,如GTO,MCT,IGBT等,都需要一个与之并联的快速二极管,以通过负载中的无功电流,减小电容的充电时间,同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。由于这些电力电子器件的频率和性能不断提高,为了与其关断过程相匹配,该二极管必须具有快速开通和高速关断能力,即具有短的反向恢复时间trr,较小的反向恢复电流IRRM和软恢复特性。
  半导体器件中众所周知的PN结就是一个二极管。其中导电的基本单元称作为“载流子”,即电子和空穴。简单说来二极管的单向导电性能就是应用了“载流子”的产生和消失的物理原理。正向导电时(P区接正、N区接负)PN结两边产生并充满了大量“载流子”,可以在很低的电压下导通较大的电流,呈现低阻状态。反向阻断时(N区接正、P区接负),PN结两边的载流子很快就变为零(有极少量遗留形成了漏电流),呈高阻状态。载流子的产生、消失过程需要时间,于是有“开通时间”和“关断时间”之称。载流子存在时间称为“寿命”。“寿命的长短会影响到“开通时间”和“关断时间”。载流子寿命较长,二极管的开关速度相应较低。为提高其开关速度,可采用掺杂重金属杂质和通过电子辐照的办法减小载流子寿命,但这又会不同程度的造成不希望出现的二极管的“硬恢复特性”,它会在电路中引起较高的感应电压,对整个电路的正常工作产生不小的影响。
  目前,国内快速二极管一般采用电子辐照控制载流子少子寿命,其软度因子在0.35左右,特性很硬。国际上快速二级管的水平已达到2500A/3000V,300ns,软度因子较小。
 
  恢复过程很短的二极管,特别是反向恢复过程很短的二极管称为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode)。高频化的电力电子电路不仅要求快速恢复二极管的正向恢复特性较好,即正向瞬态压降小,恢复时间短;更要求反向恢复特性也较好,即反向恢复时间短,反向恢复电荷少,并具有软恢复特性。
  1、开通特性
  二极管的开通也有一个过程,开通初期出现较高的瞬态压降,经过一定时间后才能处于稳定状态,并具有很小的管压降。这就是说,二极管开通初期呈现出明显的“电感效应”,不能立即响应正向电流的变化。
  开通时二极管呈现的电感效应,除了器件内部机理的原因之外,还与引线长度、器件封装采用的磁性材料等因素有关。电感效应对电流的变化率最敏感,因此开通时二极管电流的上升率dIF/dt越大,峰值电压UFP就越高,正向恢复时间也越长。
  2、关断特性
  所有的PN结二极管,在传导正向电流时,都储存电荷。但是当正在导通的二极管突然加一个反向电压时,要把这些少数载流子完全抽出或是中和掉是需要一定时间的,即反向阻断能力的恢复需要经过一段时间,这个过程就是反向恢复过程,发生这一过程所用的时间定义为反向恢复时间(trr)。值得注意的是在未恢复阻断能力之前,二极管相当于处于短路状态。
  用软化系数S(Softness factor)来描述反向恢复电流由最大值IRM消失的速率。反向恢复电流的下降速度dIrr/dt是一个重要的参数。若dIrr/dt过大,由于线路存在电感L,则会使反向峰值电压URM过高,有时出现强烈振荡,致使二极管损坏,可以用软特性和硬特性的概念来表示dIrr/dt对反向特性的影响。
  耗尽储存电荷所需的总的时间定义为反向恢复时间trr,作为开关速度的量度,它是选用二极管时的一个非常重要的参数,一般用途的二极管trr为25μs左右,使用在整流以及频率低于1kHz以下的电路中是可以的,但若用于斩波和逆变电路中,必须选用trr在5μs以下的快速恢复二极管,在一些吸收电路中要求快开通和软恢复二极管。
  由软度因子定义可知,它就是反映二极管在反向恢复的过程中基区少数载流子消失的时间长短。所以,软度因子与少数载流子寿命、元件结构及结构参数等有密切的关系。所以改善软度因子性能就要从这些方面入手,即控制少数载流子寿命、采用新的结构、新工艺。
  制作出一种反向恢复时间短、恢复时反向峰值电流小、且为软恢复特性的高速二极管就显得尤为重要。为此开发了不同结构的这种二极管,例如有;凹型阶梯“阴极短路”结构带辅助二极管的结构;阴极短路结构;自调节发射效率与理想欧姆接触二极管(SIOD)等。



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