匯總功率二極管15個(gè)知識(shí)點(diǎn)

功率二極管在電子電路中起著至關(guān)重要的作用。它可用作轉(zhuǎn)換器電路、穩(wěn)壓電路、反激/續(xù)流二極管和反向電壓保護(hù)中的整流器。這些二極管與信號(hào)二極管相關(guān)，但結(jié)構(gòu)略有不同。信號(hào)二極管中的P層和N層的摻雜水平相同，而在功率二極管中，可以在重?fù)诫s的P+層和輕摻雜的N-層之間形成結(jié)。

1. 什么是二極管的正向額定電流?

二極管的額定電流是二極管的主要標(biāo)稱值，比如5A/100V的二極管，5A就是額定電流。通常額定電流的定義是該二極管所能 通過(guò)的額定平均電流。但是有些的測(cè)試前是方波，也就是可以通過(guò)平均值為5A的方波電流。有些得測(cè)試前提是直流，也就是能通過(guò)5A的直流電流。理論上來(lái)說(shuō)， 對(duì)于硅二極管，以方波為測(cè)試條件的二極管能通過(guò)更大的直流電流，因?yàn)橥瑯悠骄娏鞯姆讲ㄝ^于直流電流，會(huì)給二極管帶來(lái)更大損耗。那么5A的二極管是否一定 能通過(guò)5A的電流?不一定，這個(gè)和溫度有關(guān)，當(dāng)你的散熱條件不足夠好，那么二極管能通過(guò)的電流會(huì)被結(jié)溫限制。

2. 什么是二極管的反向額定電壓?

二極管反向截止時(shí)，可以承受一定的反壓，那么其最高可承受的反壓就是額定電壓。比如5A/100V的二極管，其額定反壓就是 100V。雖然，所有二極管廠家都會(huì)留一定的裕量，100V的二極管通常用到110V都不會(huì)有問(wèn)題，但是不建議這么用，因?yàn)槌^(guò)額定值，廠家就不會(huì)保證其 可靠性，出了問(wèn)題就是你的問(wèn)題了。而且很多電源設(shè)計(jì)公司，為了保障可靠性，還會(huì)降額設(shè)計(jì)。

3. 什么是二極管的正向沖擊電流?

開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)機(jī)或者其他瞬態(tài)情況下，需要二極管能夠承受很大的沖擊電流而不壞，當(dāng)然這種沖擊電流應(yīng)該是不重復(fù)性，或者間隔時(shí) 間很長(zhǎng)的。通常二極管的數(shù)據(jù)手冊(cè)都有定義這個(gè)沖擊電流，其測(cè)試條件往往是單個(gè)波形的沖擊電流，比如單個(gè)正弦波，或者方波。其電流值往往可達(dá)幾百。

4. 什么是二極管的正向?qū)▔航?

二極管在正向?qū)?，流過(guò)電流的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生壓降。這個(gè)壓降和正向電流以及溫度有關(guān)。通常硅二極管，電流越大，壓降越大。溫度越高，壓降越小。但是碳化硅二極管卻是溫度越高，壓降越大。

5. 什么是二極管的反向漏電流?

二極管在反向截止的時(shí)候，并不是完全理想的截止。在承受反壓得時(shí)候，會(huì)有些微小的電流從陰極漏到陽(yáng)極。這個(gè)電流通常很小，而且反壓越高，漏電流越大，溫度越高，漏電流越大。大的漏電流會(huì)帶來(lái)較大的損耗，特別在高壓應(yīng)用場(chǎng)合。

6. 什么是二極管的反向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)電流?

這個(gè)是二極管的重要指標(biāo)，所謂的快恢復(fù)，慢恢復(fù)二極管就是以此為標(biāo)準(zhǔn)。二極管 在從正偏轉(zhuǎn)換到反偏的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)較大的反向恢復(fù)電流從陰極流向陽(yáng)極，其反向電流先上升到峰值，然后下降到零。那么其上升下降的時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間，峰 值電流就是反向恢復(fù)電流。這個(gè)在高頻率的應(yīng)用中會(huì)帶來(lái)很大損耗。而反向恢復(fù)時(shí)間和電流和二極管截止時(shí)，正向電流的下降速率正相關(guān)。解決這個(gè)問(wèn)題，一就是用 恢復(fù)時(shí)間更快的二極管，二是采用ZCS方式關(guān)斷二極管。

7. 什么是軟恢復(fù)二極管?

二極管在反向恢復(fù)的時(shí)候，反向電流下降的比較慢的，稱為軟恢復(fù)二極管。軟恢復(fù)對(duì)減小EMI有一定的好處。

8. 什么是二極管的結(jié)電容?

結(jié)電容是二極管的一個(gè)寄生參數(shù)，可以看作在二極管上并聯(lián)的電容。

9. 什么是二極管的寄生電感?

二極管寄生電感主要由引線引起，可以看作串聯(lián)在二極管上的電感。

10. 二極管正向?qū)〞r(shí)候瞬態(tài)過(guò)程是怎樣?

對(duì)于二極管的瞬態(tài)過(guò)程，通常關(guān)心比較多的是反向恢復(fù)特性。但是其實(shí)二極管從反偏轉(zhuǎn)為正向?qū)ǖ倪^(guò)程也有值得注意的地 方。在二極管剛導(dǎo)通的時(shí)候，正向壓降會(huì)先上升到一個(gè)最大值，然后才會(huì)下降到穩(wěn)態(tài)值。而這個(gè)最大值，隨di/dt的增大而增大。也就是說(shuō)二極管帶導(dǎo)通瞬間會(huì) 產(chǎn)生一個(gè)正向尖峰電壓，而且電壓要大于穩(wěn)態(tài)電壓?？旎謴?fù)管的這個(gè)正向尖峰電壓比較小，慢恢復(fù)管就會(huì)很嚴(yán)重。這個(gè)就引出了另外一個(gè)問(wèn)題：

11. 在RCD鉗位電路中，二極管到底選慢管，還是快管?

RCD電路常用于一些需要鉗位的場(chǎng)合，比如flyback原邊MOS的電壓鉗位，次級(jí)整流管的電壓鉗 位。有些技術(shù)文獻(xiàn)說(shuō)應(yīng)該用慢恢復(fù)管，理由是慢恢復(fù)管由于其反向恢復(fù)時(shí)間比較長(zhǎng)，這樣鉗位電容中的一部分能量會(huì)在二極管反向恢復(fù)過(guò)程中回饋給電路，這樣整個(gè) RCD電路的損耗可以降低。不過(guò)這個(gè)只適合小電流，低di/dt的場(chǎng)合。比如小功率flyback的原邊鉗位電路。但是不適合大電流，高di/dt的鉗位 場(chǎng)合，比如大電流輸出的電源的次級(jí)鉗位電路。因?yàn)?，慢恢?fù)管在導(dǎo)通的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很高導(dǎo)通壓降尖峰，導(dǎo)致雖然鉗位電容上的電壓很低，但是卻沒(méi)法鉗住尖峰電 壓。所以應(yīng)該選擇肖特基二極管之類。

12. 什么是肖特基二極管?

肖特基二極管是一種利用肖特基勢(shì)壘工藝的二極管，和普通的PN結(jié)二極管相比，其優(yōu)點(diǎn)：更快的反向恢復(fù)時(shí)間，很多稱之為0反向恢復(fù)時(shí) 間。雖然并不是真的0反向恢復(fù)時(shí)間，但是相對(duì)普通二極管要快非常多。其缺點(diǎn)：反向漏電流比較大，所以沒(méi)法做成高壓的二極管。目前的肖特基二極管,基本都是 200V以下的。雖然有些公司可以提供高壓的肖特基硅二極管，但是也是將幾個(gè)二極管串聯(lián)之后封裝在一起。當(dāng)然也有公司稱有獨(dú)特的工藝，可以制造高壓肖特基 二極管，但并不知曉是什么樣的工藝。

13. 什么是碳化硅二極管?

通常大家所用的基本都是以硅為原料的二極管，但是最近比較熱門的碳化硅二極管是用碳化硅為原料的二極管。目前常見(jiàn)的多為高壓的肖特基 碳化硅二極管，其優(yōu)點(diǎn)：反向恢復(fù)特性很好，媲美肖特基硅二極管。但是可以做高壓的二極管。在PFC中已有較多應(yīng)用。缺點(diǎn)：正向?qū)▔航当容^大。還有一點(diǎn)與 硅二極管不同的是其導(dǎo)通壓降隨溫度上升反而增大。早期的碳化硅二極管，還有可承受沖擊電流小，可靠性不高等缺點(diǎn)。但是目前已有很大改善。

14. 什么是砷化鎵二極管?

說(shuō)實(shí)話，我聽(tīng)說(shuō)砷化鎵材料早于碳化硅，但是后來(lái)就較少聽(tīng)說(shuō)了。目前砷化鎵在LED上似乎有些應(yīng)用，但是功率器件上卻還比較少。

15. 二極管適合并聯(lián)么?

理論上來(lái)說(shuō)硅二極管，由于導(dǎo)通壓降隨溫度上升而下降，所以是不適合并聯(lián)的，但是現(xiàn)在很多二極管會(huì)把兩個(gè)單管封裝在一起，這樣溫升相對(duì)均勻，給并聯(lián)帶來(lái)好處。但是碳化硅是的壓降是隨溫度上升而上升，理論上是適合并聯(lián)的。