什么是快恢复二极管(FRD)

什么是快恢复二极管(FRD)

是对pn结二极管采取缩短反向恢复时间(trr)对策的二极管,也叫高速二极管。
为了对开关电源等用途的几十kHz至几百kHz等高频进行整流而制造,与普通整流二极管相比,trr要小2~3个数量级。

典型特性

耐压(VRM 600V,800V,1000V等高耐压
正向电压(VF

1.3V~3.6V左右

反向电流(IR

几μA~几十μA,非常小

反向恢复时间(trr)

几十nS~100nS左右

用途

高压开关回路(PFC等)的整流等

反向恢复时间越小,VF就越大,因此需要根据用途,选用最适合的类型。

二极管的恢复特性

与电子相比,空穴的移动需要时间,因此也可将trr视为“空穴返回的时间”。

正向电流(IF)与反向恢复时间(trr)的关系

正向电流小时

  • 正向电流小时

正向电流大时

  • 正向电流大时

如何改善trr

通过对pn结二极管施加重金属扩散和电子线照射来制造载流子陷阱,捕获返回途中的空穴。trr可改善2到3个数量级,但代价是VF会变大。

采取这种对策的二极管叫做高速二极管,一般叫做FRD(Fast Recovery Diode)

快恢复二极管的使用区分

  • 600V耐压二极管的VF-trr权衡

普通整流二极管

是指未经过高速化的pn二极管。trr大,但VF只有1V左右(以600V品为例)。为50/60Hz等工频用途而制造,开关回路中不使用。

FRD

是指快恢复二极管。经过高速化,trr通常在50~100ns左右。VF在1.5V左右,比普通整流二极管稍大。
一般说起“高速二极管”,就是这种类型。

FRD(超高速型)

在快恢复二极管中特别重视高速性的产品。trr非常小,只有25ns左右,但VF非常大,有3~3.6V。用于对高速性有特别需要的用途。即使继续加大VF,trr的改善效果也不大。
这种类型除了高速性之外,软恢复特性也很重要。

电流临界型有源滤波器的电流波形

如图所示,二极管的电流缓缓OFF,同时恢复电流因为受到电感器的限制而不会变得很大。
在此类用途中,不需要极其高速的二极管,使用普通的FRD且VF不太大的产品即可提高效率。

600V级高速二极管的trr

  • 超高速型的示例
    trr = 25 nsec (max), VF = 3.6 V (max)
  • 高速型的示例
    trr = 100 nsec (max), VF = 1.5 V (max)

下层的高速型适合该用途。

电流连续型有源滤波器的电流波形

如图所示,在二极管通过电流的状态下突然外加反向电压切断电流的用途中,在trr期间会有非常大的恢复电流通过,因此造成损失。

在此类回路中使用时,即使牺牲VF,也必须尽量使用trr小的二极管。

600V级高速二极管的trr

  • 超高速型的示例
    trr = 25 nsec (max), VF = 3.6 V (max)
  • 高速型的示例
    trr = 100 nsec (max), VF = 1.5 V (max)

上层的超高速型适合该用途。

软恢复和硬恢复

恢复电流的急剧收敛会成为干扰发生源,因此不仅trr要小,而且还要软收敛。
以下①和③可能从产品目录上看trr都一样,但其实损失和干扰都有很大不同。另外,②从产品目录上看表现极佳,但其实有很大干扰。

  • 功率损失和干扰都小
  • 功率损失小,但干扰大
  • 功率损失和干扰都大

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