二極管主要作為實(shí)現(xiàn)電路中各種不同電性功能的元件。因此,二極管的選型要關(guān)注以下特性: 耐壓,溫度范圍,元件封裝形式與尺寸; 漏電流、ESR、散逸因數(shù)、阻抗/頻率特性; 二極管的壽命;實(shí)際需要、性能和成本等綜合考量。
續(xù)流二極管的重要技術(shù)參數(shù)
IGBT內(nèi)部的體二極管并非寄生的,而是為了保護(hù)IGBT脆弱的反向耐壓耐而特別設(shè)置的,又稱為FWD(續(xù)流二極管)。不過,F(xiàn)WD也可以在IGBT外部并聯(lián),稱為內(nèi)部FWD似乎更為合適。
體二極管的電氣參數(shù)基本上是與IGBT本身相當(dāng)?shù)摹GBT的相關(guān)參數(shù)并不包括體二極管,在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)必須同時(shí)考慮體二極管;而且,在緊急情況下將IGBT的柵極與發(fā)射極短接,也可以作為快恢復(fù)二極管或者超快恢復(fù)二極管使用,成本上的差別也不大。
1. VF、IF
·VF:Internal diode forward On-Voltage,體二極管正向壓降。
·IF:Internal diode RMS forward current,體二極管正向平均電流。
VF、IF與TC直接正相關(guān),而VF與IF直接正相關(guān),技術(shù)手冊中一般給出的是最大值。不同Tc 條件的數(shù)值可以用@隔開,簡寫條件下可以用腳標(biāo)表示,如“IF@ Tc =100℃,16A”與“IF100 =16A”所表達(dá)的意思是一樣的。這與最大集電極電流Ic的表示方法是一樣的。
VF、IF的關(guān)系大致可以用圖1描述。
圖1 IF與VF及其與溫度的大致關(guān)系(FGA25N120ANTD中的體二極管)
VF、IF表征的是續(xù)流時(shí)二極管可以承受的電流水平以及由此帶來的功耗水平(VF× IF)。
2.Irr、trr、Qrr
· Irr:Internal diode peak reverse recovery current,體二極管反向恢復(fù)最大電流,也寫作IRM,本文采納Irr。
· trr:Internal diode reverse recovery time,二極管反向恢復(fù)時(shí)間,體二極管中的電荷泄放時(shí)間。
·Qrr:Internal diode reverse recovery charge,體二極管反向恢復(fù)電荷。
體二極管正向?qū)?、作為續(xù)二極管使用時(shí),續(xù)流電流也會同時(shí)給體二極管的結(jié)電容充電;續(xù)流結(jié)束后,體二極管并不會馬上關(guān)斷,這是因?yàn)榇鎯﹄姾傻尼尫判纬闪伺c續(xù)流電流方向相反的回復(fù)電流。這個(gè)方向恢復(fù)電流與IGBT的集電極正向電流的方向是相同的,因此會增加IGBT的集電極功耗。
續(xù)流電流與反向恢復(fù)電流的關(guān)系可以用圖2表示。
圖2 續(xù)流電流與反向恢復(fù)電流Irr的關(guān)系
反向恢復(fù)電荷Qrr可以用下式進(jìn)行近似計(jì)算:
式中,Qrr為變量,單位是C(庫倫);Irr為變量,單位是A;trr為變量,單位是s。
就目前來看,超快恢復(fù)二極管的trr>50ns,快恢復(fù)二級鋼管的trr>100ns,快速二極管的trr>300ns,普通二極管的trr>500ns,肖特基二極管的trr<10ns。有些超快恢復(fù)二極管的trr為20~50ns。
3.IFM、IFSM
IFM、IFSM的含義基本相同,均為極限參數(shù),表示體二極管抗電流單次沖擊的極限能力,也稱為浪涌電流。IFM表示體二極管能承受的最大正向電流,其大小受限于結(jié)溫;IFSM也表示體二極管能承受的最大正向電流,但一般同時(shí)規(guī)定了測試條件——測試信號為正弦波,脈寬為10ms,單脈沖。
IFM、IFSM與IGBT的ICM含義相近,只是承受電流的主題不同罷了,而且有時(shí)候數(shù)值也比較接近。
4.di(rec)M/dt、dif/dt
·di(rec)M/dt:體二極管反向恢復(fù)電流的跌落速率(圖3中的tb時(shí)間段),單位A/μs。
·dif/dt:體二極管續(xù)流電流的變化速率,單位A/μs。
dif/dt對于Irr、trr、Qrr均有明顯影響,對Irr、Qrr的影響是正向的,對trr的影響則是反向的,如圖3所示。
肖特基(Schottky)二極管又稱肖特基勢壘二極管(簡稱SBD),它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管,也有用在微波通信等肖特基(Schottky)二極管又稱肖特基勢壘二極管(簡稱SBD),它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管,也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。在通訊電源、變頻器等中比較常見。
肖特基二極管主要參數(shù)有這些
IF(IO):正向電流(A)
VRRM:反向耐壓(V)
IFSM:峰值瞬態(tài)浪涌電流(A)
IF:測試電流(A)
VF:正向壓降(V)
IR:反向漏電流(UA)