快恢复二极管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管,主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中,作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。 快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同,它属于PIN结型二极管,即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I,构成PIN硅片。因基区很薄,反向恢复电荷很小,所以快恢复二极管的反向恢复时间较短,正向压降较低,反向击穿电压(耐压值)较高
反向恢复时间(tr)的定义:电流通过零点由正向转换到规定低值的时间间隔。它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。反向恢复电流的波形如图1所示。IF为正向电流,IRM为大反向恢复电流。Irr为反向恢复电流,通常规定Irr=0.1IRM。当t≤t0时,正向电流I=IF。当t>t0时,由于整流器件上的正向电压突然变成反向电压,因此正向电流迅速降低,在t=t1时刻,I=0。然后整流器件过反向电流IR,并且IR逐渐增大;在t=t2时刻达到大反向恢复电流IRM值。此后受正向电压的作用,反向电流逐渐减小,并在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。
随着电力电子技术向高频化、模块化方向发展,直插超快速恢复作为一种高频器件也得到蓬勃发展,现已广泛用于各种高频逆变装置和斩波调速装置内,起到高频整流、续流、吸收、隔离和箝位的作用,这对发展我国高频逆变焊机、高频开关型电镀电源、高频开关电源、高频快速充电电源、高频变频装置及功率因数校正装置等将起到推动作用。
选用快恢复二极管考虑方案位置频率与器件恢复时间上的匹配,其次选择峰值电压多出30%以上的耐压器件型号,终考虑方案对应位置电流的正向压降值在匹配的适当区间。
快速管主要按恢复时间快慢分为三种,分别为75-500ns(快恢复FR系列)、35-75ns(高频HER系列)、35ns以内(超快恢复SF系列)。电压为200-1200V,电压一定恢复时间越快其正向压降越大。同样道理电压选型较大的方案上会加大做小恢复时间的难度。传统超快恢复二极管TRR在35ns以内,电压只做到600V。我司目前已推出三款高压超快恢复二极管芯片800V、1000V、1200V 电流分布区间为3-20A,可适用于所有封装外形。
芯片的接触区域真空沉积金属层,实质上这有助于它们的高功率循环应用能力和适合芯片的封装工艺。所有在硅晶圆片上加工处理的芯片在样品测试后,自动标识不符合电气说明的芯片,然后世成小颗粒。芯片颗粒的可形状是正方形或长方形的。
FRED二极管在整个工作温度范围内性能稳定,并且对于温度的变化,正向电压降的变化可以忽略不计。该二极管是为高频应用设计的,在高频应用时稳定可靠。由于单个芯片通态电流较小,大电流情况下一般并联使用,组成大电流快恢复二极管模块。由于是并联使用,模块的反向恢复时间要比单个芯片的长。
在高速开关电路中,快恢复二极管被用于保护其他器件不受到过高的反向电压和尖锐的反向电流冲击。当一个开关瞬间关闭时,电感会产生反向电动势,如果没有快速反向恢复时间的二极管对其进行保护,那么反向电流就会通过其他器件,导致它们被损坏。而快恢复二极管可以快速将反向电流截至,从而保护其他器件。
相对于普通二极管,快恢复二极管具有以下优点
(1)反向恢复时间更短:快恢复二极管的反向恢复时间小可达几十纳秒,而普通二极管则需要数微秒的时间才能反向恢复。这使得快恢复二极管适用于高频、高速和精密电路中。
(2)适用于高速开关电路:快恢复二极管的快速反向恢复时间和低电容使得它可以承受高速、高频的开关操作而普通二极管则不能满足这些要求。
(3)减小波动峰值电压:快恢复二极管在反向恢复时波动峰值电压比较稳定,不容易产生高频振荡,而普通二极管在反向恢复时波动峰值电压明显下降,容易产生高频振荡。
(4)提高整流效率:快恢复二极管的反向恢复时间短,可降低电源电路中的开关损耗和尖锐的电流冲击,从而提高整流效率。