二极管反向恢复时间特性与作用详解及注意事项

反向恢复时间概述

二极(ji)管(guan)反(fan)向恢(hui)复时间是如何体现的(de)，下(xia)面(mian)先了解(jie)反(fan)向恢(hui)复时间，现代脉(mai)冲电(dian)(dian)路(lu)中大量使(shi)用(yong)晶体管(guan)或(huo)二极(ji)管(guan)作(zuo)为开(kai)关(guan), 或(huo)者使(shi)用(yong)主要是由它们构成的(de)逻辑集成电(dian)(dian)路(lu)。而(er)作(zuo)为开(kai)关(guan)应用(yong)的(de)二极(ji)管(guan)主要是利用(yong)了它的(de)通(电(dian)(dian)阻很(hen)小)、断(duan)(电(dian)(dian)阻很(hen)大) 特性(xing), 即二极(ji)管(guan)对正向及反(fan)向电(dian)(dian)流(liu)表现出的(de)开(kai)关(guan)作(zuo)用(yong)。

二(er)极(ji)管和一(yi)般开(kai)(kai)关(guan)的(de)不同在(zai)于(yu),“开(kai)(kai)”与“关(guan)”由(you)所加电压(ya)的(de)极(ji)性决(jue)定, 而(er)且“开(kai)(kai)”态有微(wei)小(xiao)的(de)压(ya)降Vf,“关(guan)”态有微(wei)小(xiao)的(de)电流(liu)(liu)I0。当电压(ya)由(you)正向变为(wei)反(fan)(fan)向时, 电流(liu)(liu)并不立刻成为(wei)(-I0) , 而(er)是在(zai)一(yi)段时间ts 内, 反(fan)(fan)向电流(liu)(liu)始终很大, 二(er)极(ji)管并不关(guan)断。

经(jing)过ts后(hou), 反向电(dian)流才逐渐变小, 再经(jing)过tf 时间(jian), 二极管的电(dian)流才成为(wei)(wei)(-I0) , 如图1 示。ts 称为(wei)(wei)储存时间(jian),tf 称为(wei)(wei)下降(jiang)时间(jian)。tr=ts+tf 称为(wei)(wei)反向恢(hui)复时间(jian), 以上(shang)过程称为(wei)(wei)反向恢(hui)复过程。

这实际上是由电(dian)荷存(cun)储效(xiao)应引起的, 反(fan)向(xiang)恢复时间(jian)就是存(cun)储电(dian)荷耗尽所需要的时间(jian)。该(gai)过(guo)程使(shi)二(er)极管(guan)不能在(zai)(zai)快速连续脉冲下当做(zuo)开(kai)关使(shi)用。如果(guo)反(fan)向(xiang)脉冲的持续时间(jian)比tr 短, 则二(er)极管(guan)在(zai)(zai)正、反(fan)向(xiang)都可导通, 起不到开(kai)关作(zuo)用。因(yin)此了解二(er)极管(guan)反(fan)向(xiang)恢复时间(jian)对正确(que)选取管(guan)子和合(he)理设计电(dian)路至关重要。

开关从(cong)导(dao)通状(zhuang)态(tai)向(xiang)截止状(zhuang)态(tai)转变时(shi)(shi)，二极(ji)(ji)管或整(zheng)流器在二极(ji)(ji)管阻断反(fan)向(xiang)电(dian)(dian)流之(zhi)前需要首(shou)先(xian)释放存(cun)储的电(dian)(dian)荷，这个放电(dian)(dian)时(shi)(shi)间被称为反(fan)向(xiang)恢复时(shi)(shi)间,在此(ci)期间电(dian)(dian)流反(fan)向(xiang)流过二极(ji)(ji)管。即(ji)从(cong)正向(xiang)导(dao)通电(dian)(dian)流为0时(shi)(shi)到进入完全截止状(zhuang)态(tai)的时(shi)(shi)间。

二(er)(er)(er)(er)极(ji)(ji)管反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)时(shi)(shi)(shi)间的(de)(de)(de)反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)过程，实际上是(shi)由电(dian)荷(he)存储效应引起的(de)(de)(de)，二(er)(er)(er)(er)极(ji)(ji)管反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)时(shi)(shi)(shi)间就(jiu)(jiu)是(shi)正向(xiang)(xiang)导(dao)通时(shi)(shi)(shi)PN结存储的(de)(de)(de)电(dian)荷(he)耗尽所需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)时(shi)(shi)(shi)间。假(jia)设为Trr，若有一(yi)周期为T1的(de)(de)(de)连续(xu)PWM波(bo)通过二(er)(er)(er)(er)极(ji)(ji)管，当Trr>T1时(shi)(shi)(shi)，二(er)(er)(er)(er)极(ji)(ji)管反(fan)方向(xiang)(xiang)时(shi)(shi)(shi)就(jiu)(jiu)不能阻断此PWM波(bo)，起不到开(kai)关作用(yong)。二(er)(er)(er)(er)极(ji)(ji)管的(de)(de)(de)反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)时(shi)(shi)(shi)间由Datasheet提供。反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)时(shi)(shi)(shi)间快使二(er)(er)(er)(er)极(ji)(ji)管在(zai)导(dao)通和截止之间迅速转(zhuan)换(huan)，可获得较高的(de)(de)(de)开(kai)关速度，提高了器件的(de)(de)(de)使用(yong)频率并(bing)改善了波(bo)形。

快恢复二极管反向恢复时间及参数

快(kuai)恢(hui)(hui)复二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)(hui)复时间(jian)特性(xing)决定着(zhe)功(gong)率变(bian)换器的(de)性(xing)能，在(zai)双极(ji)功(gong)率晶体管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)电(dian)(dian)流下降时间(jian)大于1us（开通(tong)时间(jian)约100ns）时期，二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)(hui)复在(zai)双极(ji)功(gong)率晶体管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)开通(tong)过(guo)程(cheng)中完(wan)成，而(er)且双极(ji)功(gong)率晶体管(guan)(guan)(guan)(guan)达到额(e)定集电(dian)(dian)极(ji)电(dian)(dian)流的(de)1/2-2/3左右后随着(zhe)Ic上(shang)升(sheng)Hfe急剧下降，限制了(le)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)(hui)复电(dian)(dian)流的(de)峰(feng)值，在(zai)某种意义上(shang)，也(ye)限剬了(le)di/dt，双极(ji)功(gong)率晶体管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)开通(tong)过(guo)程(cheng)掩盖(gai)了(le)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)(hui)复特性(xing)，因而(er)对二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)(hui)复仅仅是(shi)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)(hui)复时间(jian)提出要求。

随(sui)着功率(lv)半导体器件(jian)的(de)开(kai)关速(su)度提高(gao)(gao)，特别(bie)是(shi)Power M0SFET、高(gao)(gao)速(su)IGBT的(de)出(chu)现，不仅开(kai)通速(su)度快（可(ke)以在数十纳(na)秒内将MOSFET彻底导通或关断），而且在额定驱动(dong)条件(jian)下，其漏极(ji)(ji)(ji)/集电(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流可(ke)以达到(dao)额定值的(de)5-10倍，使(shi)MOS或IGBT在开(kai)通过(guo)程(cheng)中产生(sheng)(sheng)高(gao)(gao)的(de)反(fan)向恢复(fu)(fu)峰值电(dian)(dian)(dian)流IRRM，同时M0S或IGBT在开(kai)通过(guo)程(cheng)结束后(hou)二(er)极(ji)(ji)(ji)管的(de)反(fan)向恢复(fu)(fu)过(guo)程(cheng)仍(reng)然存在，使(shi)二(er)极(ji)(ji)(ji)管的(de)反(fan)向恢复(fu)(fu)特性(xing)完全(quan)暴(bao)露出(chu)来，高(gao)(gao)的(de)IRRM、di/dt使(shi)开(kai)关管和快速(su)二(er)极(ji)(ji)(ji)管本身受到(dao)高(gao)(gao)峰值电(dian)(dian)(dian)流冲(chong)击并产生(sheng)(sheng)较高(gao)(gao)的(de)EMT。

因(yin)而(er)对(dui)二极(ji)管的反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)特性不仅仅限(xian)于反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)时(shi)间短(duan)，而(er)且要求反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)电(dian)(dian)流峰值尽(jin)可(ke)能低(di)，反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)电(dian)(dian)流的下降，上升的速率尽(jin)可(ke)能低(di)，即超(chao)快、超(chao)软(ruan)以降低(di)开关过程中(zhong)反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)电(dian)(dian)流对(dui)开关电(dian)(dian)流的冲击，减小(xiao)开关过程的EMI。

1、反向恢复参数与应用条(tiao)件(jian)

一般(ban)的(de)(de)(de)超快速(su)二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)反向时(shi)间定义为小于100ns，高(gao)耐(nai)压超快恢(hui)复(fu)(fu)二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)反向恢(hui)复(fu)(fu)时(shi)同trr比低耐压的长，如耐压200V以下的(de)超快恢复二极管(guan)的(de)典型反向恢复时间在35ns以下，耐压(ya)(ya)600V的典型反(fan)向(xiang)恢(hui)(hui)(hui)复(fu)(fu)时(shi)间约(yue)75ns，耐压(ya)(ya)1000V的超快(kuai)恢(hui)(hui)(hui)复(fu)(fu)二极管的典型反(fan)向(xiang)恢(hui)(hui)(hui)复(fu)(fu)时(shi)间约(yue)100-160 ns。各生(sheng)产(chan)厂(chang)商的产(chan)品的反(fan)向(xiang)恢(hui)(hui)(hui)复(fu)(fu)特(te)性（主要(yao)是反(fan)向(xiang)恢(hui)(hui)(hui)复(fu)(fu)时(shi)间trr和反(fan)向(xiang)恢(hui)(hui)(hui)复(fu)(fu)峰值电流IRRM）是不同的(de)。

A、trr与If和di/dt的关系

trr与If和di/dt的关(guan)系如(ru)下图所示：

rr与If和-di/dt的关系

从图中可见，随(sui)着二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)正向电(dian)流(liu)lf的(de)(de)增加(jia)(jia)反向恢(hui)复时间trr随(sui)着增加(jia)(jia)：di/dt的(de)(de)增加(jia)(jia)，反向恢(hui)复时间trr减(jian)小。因此，以(yi)测(ce)试小信号(hao)开(kai)关二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)测(ce)试条件(jian)(jian)(jian)IF=IR=10ma为测(ce)试条件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)反向恢(hui)复时间不能如实(shi)表现(xian)实(shi)际应(ying)(ying)用(yong)情(qing)况：以(yi)固定正向电(dian)流(liu)（如1A）为测(ce)试条件(jian)(jian)(jian)也(ye)不能在(zai)实(shi)际应(ying)(ying)用(yong)中得到客观再(zai)现(xian)；不同电(dian)流(liu)档(dang)次以(yi)其(qi)(qi)额定正向电(dian)流(liu)或其(qi)(qi)1/2为测(ce)试条件(jian)(jian)(jian)则相对客观。

B、二极管反向恢复时间与反向电压的关系

二(er)极管(guan)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢复(fu)(fu)时间随(sui)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)电压(ya)增加(jia)，如(ru)(ru)果600V超快恢复(fu)(fu)二(er)极管(guan)在反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)电压(ya)为(wei)(wei)30V时，反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢复(fu)(fu)时间为(wei)(wei)35ns，向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)电压(ya)为(wei)(wei)350V时其反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢复(fu)(fu)时间增加(jia)，因此，仅从产品选择(ze)指南(nan)中按所给的(de)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢复(fu)(fu)时间选用快速二(er)极管(guan)，如(ru)(ru)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)电压(ya)的(de)测试条件不(bu)同，将导致实际的(de)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢复(fu)(fu)时间的(de)不(bu)同，应尽可(ke)能(neng)的(de)参(can)照数(shu)据手册中给的(de)相对符合测试条件下的(de)反向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢复(fu)(fu)时间为(wei)(wei)依据。

C、反向恢复峰值电流IRRM

反向恢复(fu)峰值(zhi)电流(liu)IRRM随-di/dt增加，因在(zai)不同-di/dt的测试条件(jian)下，IRRM的幅值(zhi)是不同的。

IRRM随反向工作电压上升，因此(ci)额(e)定电压为1000V的快速二极管(guan)，在相(xiang)同的-di/dt条件下，但反向工作电压不(bu)同时（如500V与1000V）则IRRMM是(shi)不(bu)能相(xiang)比较的。

D、结温T的影响

反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)时(shi)(shi)(shi)间trr随(sui)工作结(jie)(jie)温(wen)上(shang)升，结(jie)(jie)温(wen)125 时(shi)(shi)(shi)的(de)反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)时(shi)(shi)(shi)间是(shi)结(jie)(jie)温(wen)25时(shi)(shi)(shi)的(de)近2倍。反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)峰(feng)值(zhi)电流(liu)IRRM随(sui)工作结(jie)(jie)温(wen)上(shang)升，结(jie)(jie)温(wen)125时(shi)(shi)(shi)的(de)反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)峰(feng)值(zhi)电流(liu)是(shi)结(jie)(jie)温(wen)25时(shi)(shi)(shi)的(de)近1.5倍。反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)电荷(he)Orr随(sui)工作结(jie)(jie)温(wen)上(shang)升，结(jie)(jie)温(wen)125时(shi)(shi)(shi)的(de)反(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)电荷(he)是(shi)结(jie)(jie)湿25时(shi)(shi)(shi)的(de)近3倍以上(shang)。

E、反向恢复损耗

二极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)反向(xiang)恢(hui)(hui)复(fu)损(sun)(sun)耗(hao)是在反向(xiang)恢(hui)(hui)复(fu)过(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)后半部分(fen)t1-t2期间，其损(sun)(sun)耗(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)大小与(yu)IRRM和t1-t2的(de)(de)(de)(de)(de)大小有关(guan)，在人极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)反向(xiang)恢(hui)(hui)复(fu)过(guo)程(cheng)中，而开(kai)关(guan)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)开(kai)通损(sun)(sun)耗(hao)始终存在。很明显，快(kuai)速(su)反向(xiang)恢(hui)(hui)复(fu)二极(ji)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)反向(xiang)恢(hui)(hui)复(fu)损(sun)(sun)耗(hao)与(yu)开(kai)关(guan)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)开(kai)通损(sun)(sun)耗(hao)随IRRM和反向(xiang)恢(hui)(hui)复(fu)时时间增加。

F、IRRM、反向恢复损耗及EMI的减小

在(zai)实际应用中快速(su)反向恢复二极管(guan)的(de)(de)(de)(de)反向恢复过程将影响电(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)性能(neng)，为追求低的(de)(de)(de)(de)反向恢复时间，可能(neng)会(hui)选(xuan)择高的(de)(de)(de)(de)di/dt，但会(hui)引起(qi)高的(de)(de)(de)(de)IRRM、振铃、电(dian)(dian)压过冲和高的(de)(de)(de)(de)EMI并增加开关损耗。

若适当减小(xiao)di/dt可降低IRRM、EMI，消除振零和电压过冲和由此产生的(de)(de)(de)损(sun)(sun)耗，di/dt的(de)(de)(de)降低是通(tong)过降低开(kai)关(guan)管(guan)的(de)(de)(de)开(kai)通(tong)速(su)(su)度实现，开(kai)关(guan)管(guan)的(de)(de)(de)开(kai)关(guan)损(sun)(sun)耗将增加(jia)，因此，改变di/dt不能(neng)从本质上解决快(kuai)速(su)(su)反(fan)(fan)(fan)向恢(hui)复(fu)二(er)极管(guan)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)向恢(hui)复(fu)存在的(de)(de)(de)全部(bu)问题，必(bi)须改用(yong)性(xing)能(neng)更好的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)(su)反(fan)(fan)(fan)向恢(hui)复(fu)二(er)极管(guan)，即IRRM低、trr短、反(fan)(fan)(fan)向恢(hui)复(fu)特性(xing)软，通(tong)过各种快(kuai)速(su)(su)反(fan)(fan)(fan)向恢(hui)复(fu)二(er)极管(guan)的(de)(de)(de)数据(ju)，可以找出性(xing)能(neng)好的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)(su)反(fan)(fan)(fan)向恢(hui)复(fu)二(er)极管(guan)。

快恢复二极管模(mo)块(kuai)已广泛用(yong)于高(gao)(gao)(gao)频(pin)电(dian)力电(dian)子(zi)电(dian)路，已成为主要高(gao)(gao)(gao)频(pin)器(qi)件之一，它(ta)的(de)使(shi)用(yong)技术比(bi)较成熟，快恢复二极管模(mo)块(kuai)已在高(gao)(gao)(gao)频(pin)逆变(bian)(bian)焊机，大功(gong)率开关电(dian)源(yuan)，高(gao)(gao)(gao)频(pin)逆变(bian)(bian)型(xing)电(dian)镀电(dian)源(yuan)，高(gao)(gao)(gao)频(pin)快速充电(dian)器(qi)以及高(gao)(gao)(gao)频(pin)调速装置等场合批量使(shi)用(yong)。

二极管反向恢复时间注意事宜

二极管反向恢复时间(jian)限制了二极管的开关(guan)速度(du)，这一点尤其需(xu)要注意。

（1）如果脉(mai)冲(chong)持(chi)续时间(jian)比(bi)二(er)极(ji)管(guan)反(fan)向恢复时间(jian)长得多(duo)，这时负(fu)脉(mai)冲(chong)能(neng)使二(er)极(ji)管(guan)彻底关断，起(qi)到良好的(de)开关作用；

（2） 如果脉冲持续时间和二极管的反向恢复时间差不多甚至更短的话，这时由于反向恢复过程的影响，负脉冲不能使二极管关断。所(suo)以要保持良(liang)好的开(kai)关作(zuo)用，脉(mai)冲(chong)持续时间不(bu)能(neng)(neng)太短(duan)，也就意味(wei)着脉(mai)冲(chong)的重复频率不(bu)能(neng)(neng)太高，这就限制了开(kai)关的速(su)度(du)。

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