整流二極管在大功率電源中顯著的反向恢復(fù)時間

整流二極管的反向恢復(fù)時間是我們過去可以忽略的一個參數(shù)。當(dāng)輸入的交流電源為 60 Hz 且電流消耗為幾安培時，微秒的反向恢復(fù)時間并不重要。現(xiàn)在，我們有了開關(guān)模式電源。開關(guān)頻率在數(shù)百 kHz 到數(shù) MHz 之間，電流消耗為數(shù)十或數(shù)百安培。在這種情況下，如果我們忽略此規(guī)范，后果自負。

二極管反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)電流是二極管的重要指標。所謂的快恢復(fù)，慢恢復(fù)二極管就是以此為標準。

二極管在從正偏轉(zhuǎn)換到反偏的時候，即指二極管從導(dǎo)通狀態(tài)恢復(fù)到具有阻斷能力所需要的的時間，這段時間內(nèi)會出現(xiàn)較大的反向恢復(fù)電流從陰極流向陽極，反向電流先上升到峰值，然后下降到零。其上升下降的時間就是反向恢復(fù)時間，峰值電流就是反向恢復(fù)電流。

出現(xiàn)上述反向回復(fù)時間是由于載流子的存在，移除這些載流子使二極管開始具有阻斷能力需要一定的時間。在高達數(shù)百安培的工作電流情況下，快恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時間只需要幾個微秒。

這個在高頻率的應(yīng)用中會帶來很大損耗。而反向恢復(fù)時間和電流和二極管截止時，正向電流的下降速率正相關(guān)。解決這個問題，一就是用恢復(fù)時間更快的二極管，二是采用ZCS方式關(guān)斷二極管。

整流二極管：由于電網(wǎng)的頻率較低，多數(shù)在20hz~60hz之間，所以整流二極管以低的正向?qū)〒p耗為優(yōu)化設(shè)計目標。優(yōu)化的結(jié)果是恢復(fù)時間要高于快恢復(fù)二極管。

肖特基二極管：又叫熱載流子二極管，通過金屬和半導(dǎo)體接觸(肖特基接觸)形成肖特基勢壘從而實現(xiàn)整流。相對于普通的PN結(jié)二極管。肖特基二極管的反向恢復(fù)“慣性”很低。因此肖特基二極管適合于高頻整流或者需要高速開關(guān)的場合。----肖特基接觸有金屬和N型半導(dǎo)體接觸產(chǎn)生。

二極管工作于反向狀態(tài)是被稱為齊納二極管。這是利用了半導(dǎo)體的齊納或雪崩效應(yīng)，使得二極管能夠正常的工作。其顯著特征：當(dāng)反向電壓超過某個特定的電壓(齊納電壓Uz)時，二極管的反向電流會急速上升。在穩(wěn)壓電路中，很寬的電流范圍內(nèi)，二極管的齊納電壓可以保持恒定，也就是可以得到一個固定的參考電壓。為了防止齊納二極管唄過電流損壞，需要在電路中串聯(lián)一個限流電阻。

如果齊納二極管具有很短的響應(yīng)時間，同時在短時間內(nèi)可以提供很高的脈沖功率，則稱為瞬變電壓抑制二極管(TVS)。

齊納二極管多用于參考電壓電路，而TVS二極管則用于電源浪涌的抑制，比如用于IGBT驅(qū)動中的鉗位電路。

對于本次討論，“電流”是指常規(guī)電流，而不是電子流。電子流動方向相反。在一個完美的二極管中，當(dāng)正向偏置時，電流從陽極流向陰極。在極性反轉(zhuǎn)的瞬間，電流停止。在現(xiàn)實世界中，當(dāng) P 和 N 材料邊界附近的空穴和電子結(jié)合時，會經(jīng)過有限的時間。該時間量是反向恢復(fù)時間(或瞬態(tài)反向恢復(fù)時間)。因此，當(dāng)空穴和電子在與其正常傳導(dǎo)方向相反的方向上移動時，二極管正在以相反的方向通過電流。不是您對二極管的期望。

后果是什么?降低電源效率，當(dāng)然，因為我們在浪費能源。二極管過熱(這就是浪費能量的地方)。隨著 PN 結(jié)緩慢劣化，二極管的可靠性降低。并且由于方向錯誤的短大電流突發(fā)而增加了 EMI。當(dāng)反向恢復(fù)時間導(dǎo)致 EMI 時，它通常被視為可能的來源而被忽視，并且難以追蹤。

要解決此問題，您可以降低開關(guān)頻率，但隨后您的變壓器(在反激式設(shè)計中)或電感器(在降壓式設(shè)計中)會變大。這會占用 PC 板上的更多空間，并且可能會增加總體成本。

您可以在每個二極管上添加一個串聯(lián) RC 緩沖器。這將減慢 di/dt 并保護二極管。但是您會在 RC 緩沖器中的電阻器中獲得一定的功耗。這里沒有免費的午餐。

RC 緩沖器的變化增加了一個額外的二極管。這可以幫助減少反向電流并減少功耗(搜索“RCD 鉗位”)。與基于變壓器的設(shè)計相關(guān)，減少漏電感，您可以在一定程度上減少反向電流問題。例如，如果變壓器次級是中心抽頭，則使用雙線繞組技術(shù)會有所幫助。更好(更快)的二極管會有所幫助，盡管它們可能會花費更多。