二极管反向恢复损耗与降低方法

二极管作为基础半导体器件,由 p 型半导体与 n 型半导体构成。在正向偏置状态下,电流可顺利通过二极管;而在反向偏置时,仅存在微小的反向漏电流。当反向电压超出二极管的反向击穿电压,二极管将发生反向击穿,可能导致器件损坏。为保护二极管免受反向击穿影响,可采用二极管反向恢复电路。

二极管作为基础半导体器件,由 p 型半导体与 n 型半导体构成。在正向偏置状态下,电流可顺利通过二极管;而在反向偏置时,仅存在微小的反向漏电流。当反向电压超出二极管的反向击穿电压,二极管将发生反向击穿,可能导致器件损坏。为保护二极管免受反向击穿影响,可采用二极管反向恢复电路。
一、二极管反向恢复电路原理
二极管反向恢复电路旨在减小反向恢复电流,通常由二极管与电感器组成。二极管正向导通时,电感器储存能量;当二极管从导通转为截止,电感器释放能量,维持电流流动,从而减小反向恢复电流。
二、二极管反向恢复损耗构成
二极管反向恢复损耗主要包含静态损耗与动态损耗两部分。
(一)静态损耗
静态损耗指二极管正向偏置时的功耗。正向截止状态下,电流流过电感器产生功耗,主要由正向偏置电压引起,与输入电流、输出电流及反向恢复时间无关。静态损耗与二极管导通电阻及正向偏置电压的平方成正比。
(二)动态损耗
动态损耗指二极管反向切换时的瞬态功耗,源于反向恢复电流的耗能过程。二极管由正向偏置突变为反向偏置时,电感器中储存的能量释放,形成反向恢复电流,涉及能量转换与耗散,产生功耗。动态损耗很大程度上取决于二极管特性,如反向恢复时间、反向恢复电流等。
三、二极管反向恢复损耗机理
从能量转换与耗散角度理解二极管反向恢复损耗机理。正向导通状态下,二极管储存能量,主要来自输入电流。二极管由导通转为截止时,储存能量释放,通过电感器与二极管内阻耗散。
具体而言,输入电压由正向偏置突变为反向偏置时,二极管处于非导通状态。电感器中电流因电感器自感特性无法突变,转向二极管,形成反向恢复电流。反向恢复电流在电感器与二极管内阻上产生压降,导致能量转换与耗散,包括磁能消耗(电感器中磁能转变为热能等)与电阻能消耗(反向恢复电流在二极管内阻上产生功耗)。
反向恢复电流大小与恢复时间长短均影响损耗。较大反向恢复电流意味着较大功耗,较长反向恢复时间意味着能量耗散需更长时间。设计二极管反向恢复电路时,需考虑这两个因素以减小损耗。
四、降低二极管反向恢复损耗的措施
为降低反向恢复损耗,可采取以下措施:
(一)选择低反向恢复电流二极管
反向恢复电流大小与二极管结构和材料相关,不同二极管反向恢复电流不同。选择低反向恢复电流二极管可减少损耗。
(二)优化反向恢复时间
选择反向恢复时间短的二极管可减少能量耗散时间,降低损耗。可通过改变二极管结构和工艺参数,或采用并联二极管方式优化反向恢复时间。
(三)选用合适电感器
电感器参数影响反向恢复损耗。合适电感器可减少反向恢复电流在电感器中的能量储存,降低损耗。根据应用需求和设计要求选择合适电感器。
综上所述,二极管反向恢复损耗机理涉及能量转换与耗散过程。静态损耗为正向偏置时的功耗,动态损耗为反向恢复时的瞬态功耗。通过选择合适二极管、优化反向恢复时间及使用合适电感器等措施,可有效降低二极管反向恢复损耗。
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