二极管运用全面解析，看这篇就够了！

2022-4-12 15:53:31 8479 二极管

0 在开关电源常用拓扑中，除了功率MOS器件，还有不可或缺的二极管器件，但是不一样的电路拓扑中，二极管的选择需要承担不一样的作用，对二极管的性能就有一定的要求，所以本文就列举目前常用拓扑结构中二极管的选型指南。老白硬件全路线学习P4_二极管学习全解析常用拓扑：离线非隔离电路（Buck/Buck-boost)---续流二极管离线隔离电路（反激式）--- 二次侧整流二极管&用于缓冲器的辅助开关二极管电流谐振电路---自举二极管&二次侧整流二极管 PFC 电路--- 旁路二极管&升压二极管静态特性： ● 正向压降，VF，正向电流，IF正向施加电压时流过的电流称为正向电流 IF。中频流过时的电压称为正向压降，VF。比较二极管的中频-VF特性时，流过相同量中频所需的VF越低，功率损耗越低，特性越好。VF具有负温度特性，因此温度越高，VF 越低。 ● 反向电压，VR，反向漏电流，IR反向施加电压时流过的电流称为反向漏电流，IR。 IR 流动时的电压称为反向电压 VR。当反向施加电压时，会流过轻微的漏电流 IR。 IR较小的二极管功耗较小，可以防止热失控。IR具有正温度特性，因此温度越高，IR越高。 ● 击穿电压，VZ当反向电压 VR 增加时，反向漏电流 IR 在一定电压下急剧增加。该电压称为击穿电压 VZ。击穿电压也称为齐纳电压。开关特性：从通过转动开关施加正向电压的状态开始施加反向电压时，恢复电流会流动。从恢复电流流动到恢复电流减小的时间称为反向恢复时间，trr。正向电流 IF 越大，trr 越长。由于恢复电流会引起噪声和功率损耗，因此 trr 越短，特性越好。下面描述当电压从正向电压变为反向电压时恢复电流流动的原因。 A：未施加电压时空穴和电子处于平衡状态。 B：施加正向电压时电子移动到 P 型半导体，空穴移动到 N 型半导体（即，IF 流动）。 C：施加反向电压的瞬间在开关打开的那一刻，反向电压施加到二极管上，电子和空穴的运动方向相反。此时流动的电流为恢复电流。 D：施加反向电压时片刻之后，耗尽层膨胀，空穴和电子不再移动。从 C 到 D 的时间是 trr。二极管类型： 1、通用整流二极管通用整流二极管用于商用电源整流（50Hz/60Hz）和反接保护电路。这些二极管具有高击穿特性。 2、快恢复二极管快速恢复二极管（FRD）用于开关电源等高频（几十到几百kHz）的整流。与通用整流二极管相比，反向恢复时间 trr 更短。通用整流二极管的trr为数μs～数十μs，而FRD的trr为数十～数百ns。 FRD 的反向恢复时间 trr 很短，因为空穴被结附近的载流子陷阱捕获。当已经穿透到 N 层的空穴移动到 P 层时，N 层中的载流子陷阱捕获空穴并迅速消除空穴以缩短 trr。 trr 和正向压降 VF 之间的权衡关系，因此，提供载流子陷阱结构以缩短 trr 会增加 VF。相反，降低 VF 会增加 trr。由于 FRD 恢复电流会导致功率损耗，因此恢复电流的峰值应该很小。当恢复电流突然恢复时，会产生振铃，产生噪声，因此恢复电流较小、恢复较软的FRD具有更好的特性。 3、高压整流二极管家用高压整流二极管用于微波炉逆变电路和高压电路。汽车高压整流二极管用于燃油喷射系统的点火线圈。 4、缓冲二极管缓冲二极管是专为缓冲电路设计的辅助开关二极管，用于反激式开关电源的一次侧。它们降低了功率 MOSFET 关断时产生的振铃电压，有助于提高开关电源的效率和降低噪声。 5、交流发电机二极管交流发电机二极管可以承受汽车发动机室的恶劣环境。它们采用表面贴装和压入式封装。 6、TVS二极管瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管用于保护电路和设备免受过流、过压和浪涌的影响。无论电流如何，击穿期间 TVS 二极管的反向电压几乎是恒定的。 TVS 二极管使用反向特性来保护电路和设备。 7、肖特基二极管肖特基二极管使用由肖特基结产生的势垒。与 PN 结二极管相比，肖特基二极管具有更低的正向压降 VF 和更短的反向恢复时间 trr，使其适用于高速开关。trr 没有温度依赖性，因此 trr 在所有温度下都相同。但是，与 PN 结二极管相比，肖特基二极管具有更大的反向漏电流、IR 和更高的功率损耗（IR × VR）。温度越高，功率损耗越大。因此，需要设计散热以不发生热失控。肖特基二极管的击穿电压低于PN结二极管，难以实现高击穿电压（一般可达150V）。通过加厚 N 层和降低载流子浓度来提高击穿电压。但是，由于电阻增加而损耗增加，VF也增加，因此性能超出实际使用范围。我们正在开发使用下一代功率半导体 SiC 的高击穿电压和实用的 SiC 肖特基二极管。肖特基势垒的高度取决于连接到半导体的金属类型。电气特性因金属种类而异。正向压降 VF 和反向漏电流 IR 之间存在折衷关系，具体取决于金属类型。根据目标特性选择金属。 FRD的使用：当功率MOSFET关断时，浪涌电流流过“浪涌吸收回路”，被电容吸收，电容的电荷通过“放电回路”放电。该能量不会转移到次级侧，而是成为功耗。当电容器放电时，二极管的恢复电流流向功率 MOSFET。为了减少功率MOSFET的损坏，请使用trr较短的快恢复二极管。请注意，使用快速恢复二极管可能会引起噪声，并可能增加输入滤波器的组件。 Bootstrap二极管：自举二极管用于高端驱动电路。由于恢复电流流向二极管取决于驱动器 IC 的开关频率，因此请选择具有快速恢复特性的二极管。选择自举二极管时，应考虑施加到功率 MOSFET 的电压和高端灌电流。 BYPASS二极管： 1、用于保护功率 MOSFET 和整流二极管免受浪涌电流的影响当电感因浪涌电流而饱和时，大电流流向整流二极管并可能导致二极管损坏。此外，当功率MOSFET在电感饱和状态下导通时，功率MOSFET可能会损坏。因此，浪涌电流流向旁路二极管。这可以防止电感饱和，并保护功率 MOSFET 和整流二极管 2、用于保护桥式二极管免受雷击浪涌如果雷电浪涌施加到电路上，可能会损坏桥式二极管。为了防止这种情况，雷电浪涌通过旁路二极管充电到电解电容器。旁路二极管的电气特性为了使浪涌电流或雷击浪涌电流通过旁路二极管，旁路二极管的正向电压必须低于升压二极管的正向电压。当 PFC 输出电压高于输入电压时，旁路二极管关闭（即，无需考虑 trr）。实战多通道高速精密测温仪的全系列设计教程（基础+进阶+项目） 0 98.jpg (9.46 KB, 下载次数: 0)
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