超快恢復(fù)整流二極管的作用

超快恢復(fù)整流二極管(Ultrafast Recovery Diode)是一種具有更快恢復(fù)時(shí)間的特殊二極管。它的作用在于降低開(kāi)關(guān)電源、電流整流以及頻率較高的電路中的功耗和損耗。

普通的快恢復(fù)整流二極管在切換時(shí)仍然存在一定的恢復(fù)時(shí)間，盡管相比普通整流二極管來(lái)說(shuō)已經(jīng)很快了。然而，在一些高頻率和高效率的應(yīng)用中，快恢復(fù)時(shí)間仍然可能導(dǎo)致能量損耗和功率浪費(fèi)。

超快恢復(fù)整流二極管通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料，進(jìn)一步減小了恢復(fù)時(shí)間，從而降低了功耗和損耗。它能夠更快速地從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)，并迅速恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)，減少了切換過(guò)程中的能量損耗。

超快恢復(fù)整流二極管常用于一些對(duì)功耗和效率要求較高的應(yīng)用中，如高頻開(kāi)關(guān)電源、逆變器、變頻器、電動(dòng)車充電器、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)等。在這些應(yīng)用中，使用超快恢復(fù)整流二極管可以提高開(kāi)關(guān)效率、降低能量損耗和熱量產(chǎn)生，從而提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

超快恢復(fù)整流二極管的作用是通過(guò)減小恢復(fù)時(shí)間，降低功耗和損耗，提高開(kāi)關(guān)效率和系統(tǒng)性能。它在高頻率、高效率和低功耗要求的電路中發(fā)揮著重要的作用。

快恢復(fù)整流二極管怎么測(cè)好壞

要測(cè)試快恢復(fù)整流二極管是否工作正常，你可以使用以下幾種方法：

1. 使用萬(wàn)用表測(cè)量二極管的導(dǎo)通性：將萬(wàn)用表設(shè)置為二極管測(cè)試模式(通常為二極管測(cè)試或?qū)y(cè)試)，接觸測(cè)試引線到二極管的兩個(gè)引腳上。如果二極管是正常的，萬(wàn)用表將顯示導(dǎo)通，表明二極管正常工作。如果顯示為開(kāi)路，則可能表示二極管損壞。

2. 使用萬(wàn)用表測(cè)量二極管的正向電壓降：將萬(wàn)用表設(shè)置為正向電壓測(cè)量模式，將測(cè)試引線接觸到二極管的陽(yáng)極和陰極引腳上。正常的快恢復(fù)整流二極管的正向電壓降應(yīng)符合其規(guī)格參數(shù)。如果顯示為無(wú)限大或非常高的電壓，可能表示二極管故障。

3. 使用示波器觀察二極管的開(kāi)關(guān)行為：連接示波器的探頭到二極管的陽(yáng)極和陰極上，將示波器設(shè)置為適當(dāng)?shù)膮?shù)，觀察二極管在正向和反向上的響應(yīng)。正常的二極管應(yīng)該顯示快速的開(kāi)關(guān)行為和較小的恢復(fù)時(shí)間。如果觀察到延遲或不穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)行為，可能表示二極管損壞。

快恢復(fù)二極管(簡(jiǎn)稱FRD)是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓(耐壓值)較高。

快恢復(fù)二極管特點(diǎn)

一、反向恢復(fù)時(shí)間

快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間(tr)的定義：電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向恢復(fù)電流的波形如圖1所示。IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流。Irr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時(shí)，正向電流I=IF。當(dāng)t>t0時(shí)，由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時(shí)刻，I=0。然后整流器件上流過(guò)反向電流IR，并且IR逐漸增大;在t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過(guò)程與電容器放電過(guò)程有相似之處。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。

20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對(duì)管(亦稱雙管)兩種。對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，又有共陰對(duì)管、共陽(yáng)對(duì)管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復(fù)二極管(單管)的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型(共陰對(duì)管)、MUR1680A型(共陽(yáng)對(duì)管)超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝，

幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量(幾百安～幾千安)的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。

反向恢復(fù)時(shí)間

測(cè)量電路如圖3。由直流電流源供規(guī)定的IF，脈沖發(fā)生器經(jīng)過(guò)隔直電容器C加脈沖信號(hào)，利用電子示波器觀察到的trr值，即是從I=0的時(shí)刻到IR=Irr時(shí)刻所經(jīng)歷的時(shí)間。設(shè)器件內(nèi)部的反向恢電荷為Qrr，有關(guān)系式：

trr≈2Qrr/IRM (5.3.1)

由式(5.3.1)可知，當(dāng)IRM為一定時(shí)，反向恢復(fù)電荷愈小，反向恢復(fù)時(shí)間就愈短。

常規(guī)檢測(cè)方法

快恢復(fù)二極管的常規(guī)檢測(cè)方法如下：在業(yè)余條件下，利用萬(wàn)用表能檢測(cè)快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦?，以及?nèi)部有無(wú)開(kāi)路、短路故障，并能測(cè)出正向?qū)▔航怠Ｈ襞湟哉讱W表，還能測(cè)量反向擊穿電壓。實(shí)例：測(cè)量一只C90-02超快恢復(fù)二極管，其主要參數(shù)為：trr=35ns，Id=5A，IFSM=50A，VRM=700V。外型同圖(a)。將500型萬(wàn)用表?yè)苤罵×1檔，讀出正向電阻為6.4Ω，n′=19.5格;反向電阻則為無(wú)窮大。進(jìn)一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。

注意事項(xiàng)

快恢復(fù)二極管注意事項(xiàng)：

1)有些單管，共三個(gè)引腳，中間的為空腳，一般在出廠時(shí)剪掉，但也有不剪的。

2)若對(duì)管中有一只管子損壞，則可作為單管使用。

3)測(cè)正向?qū)▔航禃r(shí)，必須使用R×1檔。若用R×1k檔，因測(cè)試電流太小，遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流，故測(cè)出的VF值將明顯偏低。在上面例子中，如果選擇R×1k檔測(cè)量，正向電阻就等于2.2kΩ，此時(shí)n′=9格。由此計(jì)算出的VF值僅0.27V，遠(yuǎn)低于正常值(0.6V)。

快恢復(fù)二極管好壞判斷

快恢復(fù)二極管好壞判斷，快恢復(fù)二極管采用PIN結(jié)構(gòu)，所以它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。而基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓(耐壓值)較高。從性能上，還能分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。

檢測(cè)快恢復(fù)二極管的方法與檢測(cè)普通二極管的方法相同，都是根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕ㄟ^(guò)測(cè)量二極管的正、反向電阻，可方便地判斷快恢復(fù)二極管的好壞。一般將萬(wàn)用表置于Rx1k擋，用黑表筆接二極管的正極，紅表筆接二極管的負(fù)極，正向電阻一般為幾歐姆，反向電阻為∞，如果測(cè)得的阻值均為∞或?yàn)?，則表明被測(cè)管子損壞。

快恢復(fù)二極管屬于整流二極管中的高頻二極管，特點(diǎn)是它的反向恢復(fù)時(shí)間很短，這一點(diǎn)特別適合高頻率整流?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間是其性能的重要參數(shù)，反向恢復(fù)時(shí)間的定義是：二極管從正向?qū)顟B(tài)急劇轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)，從輸出脈沖下降到零線開(kāi)始，到反向電源恢復(fù)到最大反向電流的10%所需要的時(shí)間。常用符號(hào)trr表示，trr值越小的快恢復(fù)二極管工作頻率越高。因?yàn)閷?dǎo)通和截止轉(zhuǎn)換迅速，從而可以改善整流波形。

快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，普通整流二極管是一個(gè)PN結(jié)，而快恢復(fù)二極管PN結(jié)中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短。從電物理現(xiàn)象來(lái)解釋，導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，二極管在阻斷反向電流之前需要首先釋放上個(gè)周期存儲(chǔ)的電荷，這個(gè)放電時(shí)間被稱為反向恢復(fù)時(shí)間，反向恢復(fù)時(shí)間實(shí)際上是由電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的.反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷耗盡所需要的時(shí)間。

在業(yè)余條件下，利用萬(wàn)用表能檢測(cè)快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無(wú)開(kāi)路、短路故障，并能測(cè)出正向?qū)▔航?。若配以兆歐表，還能測(cè)量反向擊穿電壓。將萬(wàn)用表置于Rx1k擋，測(cè)快恢復(fù)二極管的正、反向電阻，正向電阻一般為幾歐姆，反向電阻為∞，如果測(cè)得的阻值均為∞或?yàn)?，則表明被測(cè)管子損壞。 快恢復(fù)二極管的對(duì)管檢測(cè)方法與上述方法基本相同，但必須首先確定其共用端是哪個(gè)引腳，然后再用上述方法對(duì)各個(gè)快恢復(fù)二極管進(jìn)行檢測(cè)。

實(shí)例：測(cè)量一只C90-02超快恢復(fù)二極管，其主要參數(shù)為：trr=35ns，Id=5A，IFSM=50A，VRM=700V。外型同圖(a)。將500型萬(wàn)用表?yè)苤罵×1檔，讀出正向電阻為6.4Ω，n′=19.5格;反向電阻則為無(wú)窮大。進(jìn)一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。