反向恢復時間半導體二極管PWM變頻器反向擊穿電壓

　　采用TO–220或TO–3P封裝的大功率快恢復二極管，有單管和雙管之分。雙管的管腳引出方式又分為共陽和共陰。

　　應用拓撲結構：

　　反向恢復時間（tr）的定義：電流通過零點由正向轉換到規定低值的時間間隔。它是衡量高頻續流及整流器件性能的重要技術指標。反向恢復電流的波形如圖1所示。IF為正向電流，IRM為最大反向恢復電流。Irr為反向恢復電流，通常規定Irr=0.1IRM。當t≤t0時，正向電流I=IF。當t>t0時，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時刻，I=0。然后整流器件上流過反向電流IR，并且IR逐漸增大；在t=t2時刻達到最大反向恢復電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時刻達到規定值Irr。從t2到t3的反向恢復過程與電容器放電過程有相似之處。

　　快恢復二極管的內部結構與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區I，構成P-I-N硅片。由于基區很薄，反向恢復電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴投O管的反向恢復時間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復二極管的反向恢復電荷進一步減小，使其trr可低至幾十納秒。

　　20A以下的快恢復及超快恢復二極管大多采用TO-220封裝形式。從內部結構看，可分成單管、對管（亦稱雙管）兩種。對管內部包含兩只快恢復二極管，根據兩只二極管接法的不同，又有共陰對管、共陽對管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復二極管（單管）的外形及內部結構。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型（共陰對管）、MUR1680A型（共陽對管）超快恢復二極管的外形與構造。它們均采用TO-220塑料封裝，

　　幾十安的快恢復二極管一般采用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。

　　測量電路如圖3。由直流電流源供規定的IF，脈沖發生器經過隔直電容器C加脈沖信號，利用電子示波器觀察到的trr值，即是從I=0的時刻到IR=Irr時刻所經歷的時間。設器件內部的反向恢電荷為Qrr，有關系式：

　　trr≈2Qrr/IRM (5.3.1)

　　由式(5.3.1)可知，當IRM為一定時，反向恢復電荷愈小，反向恢復時間就愈短。

　　在業余條件下，利用萬用表能檢測快恢復、超快恢復二極管的單向導電性，以及內部有無開路、短路故障，并能測出正向導通壓降。若配以兆歐表，還能測量反向擊穿電壓。實例：測量一只C90-02超快恢復二極管，其主要參數為：trr=35ns，Id=5A，IFSM=50A，VRM=700V。外型同圖(a)。將500型萬用表撥至R×1檔，讀出正向電阻為6.4Ω，n′=19.5格；反向電阻則為無窮大。進一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。

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

　　2）若對管中有一只管子損壞，則可作為單管使用。

　　3）測正向導通壓降時，必須使用R×1檔。若用R×1k檔，因測試電流太小，遠低于管子的正常工作電流，故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中，如果選擇R×1k檔測量，正向電阻就等于2.2kΩ，此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V，遠低于正常值(0.6V)。

　　快恢復二極管是指反向恢復時間很短的二極管（5us以下），工藝上多采用摻金措施，結構上有采用PN結型結構，有的采用改進的PIN結構。其正向壓降高于普通二極管（1-2V），反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長，后者則在100納秒以下。

　　肖特基二極管是以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管，簡稱肖特基二極管(Schottky Barrier Diode），具有正向壓降低（0.4--0.5V）、反向恢復時間很短（10-40納秒），而且反向漏電流較大，耐壓低，一般低于150V，多用于低電壓場合。

　　這兩種管子通常用于開關電源。

　　肖特基二極管和快恢復二極管區別：前者的恢復時間比后者小一百倍左右，前者的反向恢復時間大約為幾納秒~！

　　前者的優點還有低功耗，大電流，超高速~！電氣特性當然都是二極管阿~！

　　快恢復二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓.目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件.

　　肖特基二極管：反向耐壓值較低40V-50V，通態壓降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢復時間。它是具有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導體。這種器件是由多數載流子導電的，所以，其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由于肖特基二極管中少數載流子的存貯效應甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數限制，因而，它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發光二極管。

　　快恢復二極管：有0.8-1.1V的正向導通壓降，35-85nS的反向恢復時間，在導通和截止之間迅速轉換，提高了器件的使用頻率并改善了波形?？旎謴投O管在制造工藝上采用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓.目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件.

　　通常，5~20A的快恢復二極管采用TO-220FP塑料封裝，20A以上的大功率快恢復二極管采用頂部帶金屬散熱片的TO-3P塑料封裝，5A一下的快恢復二極管則采用DO-41，DO-15，或D0-27等規格塑料封裝。