我們來看一個問題:
為什么開關電源中,一般用肖特基二極管續流,不用快恢復二極管呢?
答案主要有兩點:
一是肖特基二極管導通電壓更低。
二是肖特基二極管速度更快,反向恢復時間更小。
如此一來,使用肖特基二極管肯定損耗是更小的,整體器件散熱更少,溫度更低,這樣整個開關電源效率也更高。
上面這一段話,想必大家都知道,不過僅從文字上面看,有一種模糊,不那么透徹的感覺,今天就主要結合實例,對比肖特基和快恢復二極管兩者的差異。
實驗
電路就用的Boost電路,如下圖:
這次我們重點關注圖中的二極管,當然了,這個二極管一般使用肖特基二極管,圖中使用的是MBR735,也是一個肖特基二極管。
我們看一下二極管的電流和電壓波形,如下圖:
可以看到,這個肖特基二極管的導通時間是0.5V左右。
另一方面,二極管在導通到截止切換時,電流有一個向下的脈沖,峰值可以達到-1.2A,這個是反向電流。
也就是說,二極管存在反向導通的時間,并不能在電壓反向時馬上截止。
我們把下沖拉開看看,如下圖:
大的負電流持續的時間大概是2ns左右,在6ns時電流完全降低到0。
為什么會有這個負電流呢?
這是因為肖特基二極管存在結電容,這個結電容大概是200pF左右,比硅二極管要大(硅一般是20pF左右,這里的數值僅供參考,不同二極管不同),電容電壓發生變化,自然會有充放電發生,就形成了電流。
也有個說法是肖特基二極管也存在反向恢復時間,只不過很短,小于10ns。
不過我的看法是肖特基是不存在反向恢復時間的,因為反向恢復時間一般認為是少數載流子的存儲效應導致的,而肖特基二極管是由肖特基結構成的,不存在少子。
但是肖特基二極管它存在結電容,而且這個結電容比硅二極管要大,這個結電容引起的效果有點像是反向恢復時間。
好了,這個定義就不糾結了,總之意思大概就是,肖特基二極管的反向電流會比較小,持續時間也會比較短。
以上是肖特基二極管的情況,下面看看超快恢復二極管。
換為超快恢復二極管
電路只將二極管換成了超快恢復二極管MURS320。
從它的手冊里面可以知道,反向恢復時間最大是35ns,這在二極管中這已經是相當小的。
我們也看一下它的電流和電壓波形。
可以看到,導通電壓要更高一些,是0.7V左右。
這個下沖就更明顯了,直接達到了-38A左右,有點嚇人。
我們也把下沖拉開看看。
可以看到,持續的時間大概是5ns左右。
這里可能有一個疑問:
在MURS320產品的產品手冊里面,這個管子反向恢復時間是35ns左右,怎么現在這么小?
我的想法是,反向恢復時間是在一定條件下測試的,反向電流是有限制的,如下圖:
而我們這個boost電路,肯定跟這個測試電路是不同的,在反向時,并沒有什么別的器件能阻礙反向電流,所以反向電流會比較大。
并且,二極管反向恢復時間,就是正向導通時PN結存儲的少數載流子電荷耗盡所需要的時間。
反向截止之前,正向電流一定,那么存儲的電荷就一定。截止切換時,反向電流越大,那么存儲的電荷消耗得就越快,進而導致持續的時間越短,所以我們看起來的反向恢復時間與二極管手冊里面有較大區別。
超快恢復換成普通硅二極管會怎么樣?
結果是:換成普通硅二極管之后,這個boost直接工作異常,輸出電壓不對了。
原因想想也很簡單,普通硅二極管的反向恢復時間都到了us級別了,開關頻率300Khz,周期就是3.3us,半個周期是1.67us,在這個頻率下,二極管基本可以看作是一直導通了。
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