快速恢復外延二極管(Fast Recovery Epitaxial Diode, FRED)是影響開關電源總體性能的關鍵元器件。電源設計時,工程師一般會反復比較反向恢復時間trr這個參數。事實上,FRED快恢復二極管性能分靜態特性和動態性能,衡量一個FRED器件是否符合某個應用,對比單個參數是不夠的。
1. FRED靜態特性
FRED器件的靜態特性分正向導通特性和反向阻斷特性,包括IF、VF、VR、IRM、EAVL等主要參數。
FRED二極管的靜態特性
(1)IF即正向電流,一般采用最大正向直流電流IFAV來描述二極管的容量或帶載能力,不同的殼溫對應不同的IFAV數值。
(2)VF即正向導通電壓,VF隨二極管正向電流IF的增加而增加。VF和IF的乘積為二極管的導通損耗,使用時VF值應盡量小。由于VF呈現負溫度系數,不建議將FRED并聯。
(3)VR即最大反向阻斷電壓,指FRED二極管的最大工作額定電壓。這個參數具有正溫度系數特性,規格書通常標稱的是25攝氏度的最小值。
(4)IRM即最大反向漏電流,是一個正溫度系數參數,也是影響二極管可靠性的重要參數,其與VR的乘積為FRED二極管阻斷狀態下的損耗。
(5)EAVL即雪崩耐量,這是描述FRED二極管魯棒性的參數,一般二極管電壓超過VR值時都會損壞。對于某些具有雪崩耐量額定EAVL的FRED二極管,只要電壓尖峰總能量小于雪崩耐量額定EAVL,二極管仍然正常工作。
2. FRED動態性能
FRED二極管動態特性包括IF、VR、di/dt、TJ等。這些參數隨測試環境的變化而變化,不同測試條件的測試結果不同。如果需要評估和比對,測試條件必須相同。
FRED二極管動態特性
(1)trr:即反向恢復時間。trr指從電流過零開始,直到通過IRRM和0.25 IRRM兩點的直線的過零點。trr描述二極管反向恢復的速度,是ZVS電路中是比較重要的指標。但是,trr不能直接衡量二極管的反向損耗。
一般情況下,trr隨溫度的增加而大幅度增加,隨測試di/dt的增加而小幅度減小,低IF、VR有小的trr值。
通常,不同生產廠家的數據表都會給出小注入條件IFAV=1A時的trr,供用戶進行橫向對比。
(2)IRRM:即最大反向恢復電流。IRRM的大小嚴重影響對應IGBT/MOSFET的電流應力和開通損耗。一般情況下,IRRM值隨溫度的增加而增加,隨測試di/dt的增加而增加。
(3)Qrr:即反向恢復電荷,其定義為trr期間電流-時間曲線包圍的面積。Qrr與二極管的反向恢復損耗呈正比。
需要注意的是,衡量FRED二極管的關斷損耗性能的參數是Qrr,不是單獨的trr或IRRM。一般情況小,用戶看到的FRED二極管數據表提供的性能參數,都是廠家在自己的工廠里測試的,使用時一定要留意測試條件。如果測試條件不同,參數肯定會不同。
另外,即使標注的測試條件相同,不同廠家的測試結果也有一些許差異,在設計選型時一定要反復比較和論證。
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