快恢復二極管FRD(Fast Recovery Diode)是近年來問世的新型半導體器件,具有開關特性好,反向恢復時間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優(yōu)點。超快恢復二極管SRD (Superfast Recovery Diode),則是在快恢復二極管基礎上發(fā)展而成的,其反向恢復時間trr值已接近于肖特基二極管的指標。它們可廣泛用于開關電源、脈寬調(diào)制器(PWM)、不間斷電源(UPS)、交流電動機變頻調(diào)速(VVVF)、高頻加熱等裝置中,作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管,是極有發(fā)展前途的電力、電子半導體器件。
1.性能特點
(1)反向恢復時間
反向恢復時間tr的定義是:電流通過零點由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)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(guī)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(guī)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。
(2)快恢復、超快恢復二極管的結(jié)構(gòu)特點
快恢復二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(qū)I,構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)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(tài)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(nèi)部結(jié)構(gòu)看,可分成單管、對管(亦稱雙管)兩種。對管內(nèi)部包含兩只快恢復二極管,根據(jù)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C 20-04型快恢復二極管(單管)的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(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(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝,主要技術(shù)指標見表1。
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。
2.檢測方法
(1)測量反向恢復時間
測量電路如圖3。由直流電流源供規(guī)定的IF,脈沖發(fā)生器經(jīng)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(jīng)歷的時間。
設器件內(nèi)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。
(2)常規(guī)檢測方法
在業(yè)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?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無開路、短路故障,并能測出正向?qū)▔航?。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(shù)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。
注意事項:
(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?qū)▔航禃r,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)。