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开关电源中可选用的高频整流二极管

作者:海飞乐技术 时间:2016-12-14 16:04

   开关电源中的整流二极管必须具有正向压降低、快速恢复的特点,还应具有足够大的输出功率,可以采用以下三种类型的高频整流二极管:快速恢复整流二极管;超快速恢复整流二极管;肖特基整流二极管。
 
  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。
 
  超快恢复二极管(简称fred)是一种具有开关特性好、反向恢复时间超短的半导体二极管,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。超快恢复二极管是用电设备高频化(20khz以上)和高频设备固态化发展不可或缺的重要器件。
 
  肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基势垒二极管(缩写成SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的,而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。因此,SBD也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管,它是一种热载流子二极管。
 
  快速恢复和超快恢复整流二极管具有适中的和较高的正向电压降,其范围是从0.8~1.2V。这两种整流二极管还具有较高的截止电压参数。因此,它们特别适合于在小功率的、输出电压在12V左右的辅助电源电路中使用。
 
  由于现代的开关电源工作频率都在20kHz以上,比起一般的整流二极管,快速恢复整流二极管和超快速恢复整流二极管的反向恢复时间莎Ⅱ减小到了毫微秒级,因此,大大提高了电源的效率。据经验,在选择快速恢复整流二极管时,其反向恢复时间至少应该是开关晶体管的上升时间的1/3。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纹波。另外,虽然某些称为软恢复型整流二极管的噪声较小,但是它们的反向恢复时间较长,反向电流也较大,因而使得开关损耗增大,并不能满足开关电源的工作要求。
 
  快速恢复整流二极管和超快恢复整流二极管在开关电源中作为整流器件使用时是否需要散热器,要根据电路的最大功率来决定。一般情况下,这些二极管在制造时允许的结温在175℃,生产厂家对该指标都有技术说明,以提供给设计者去计算最大的输出工作电流、电压及外壳温度等。
 
  肖特基整流二极管即使在大的正向电流作用下,其正向压降也很低,仅有0.4V左右,而且,随着结温的增加,其正向压降更低,因此,使得肖特基整流二极管特别适用于5V左右的低电压输出电路中。肖特基整流二极管的反向恢复时间是可以忽略不计的,因为此器件是多数载流子半导体器件,在器件的开关过程中,没有清除少数载流子存贮电荷的问题。
 
  肖特基整流二极管有两大缺点:其一,反向截止电压的承受能力较低,目前的产品大约为100V;其二,反向漏电流较大,使得该器件比其他类型的整流器件更容易受热击穿。当然,这些缺点也可以通过增加瞬时过电压保护电路及适当控制结温来克服。表示出了典型的高速整流二极管的特性与参数。




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