二極管反向擊穿電壓一般是工作電壓2-3倍。
二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增,二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?,甚至過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓VBWM一般是VBR的一半。
反向擊穿電壓
外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí),反向電流會(huì)突然增大,這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦浴?/div>
如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱,則單向?qū)щ娦圆灰欢〞?huì)被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復(fù),否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。
PN結(jié)二極管的反向擊穿
產(chǎn)生環(huán)境
反向擊穿的現(xiàn)象發(fā)生在很多情況下面,比如二極管,三極管等等。
以二極管為例:二極管是正向?qū)ǖ?,二極管兩端加反向電壓時(shí),電子不能通過二極管,使得二極管相當(dāng)于斷路,但是這個(gè)斷路取決于把二極管反向接時(shí),二極管兩端的電壓(即反向電壓),如果這個(gè)反向電壓足夠大,二極管就被擊穿了(你可以認(rèn)為變成導(dǎo)線了),此時(shí)這個(gè)擊穿的反向電壓就叫反向擊穿電壓。
也可以從字面做感性的理解:反向擊穿,反向,即為方向相反,就是說反著接。
擊穿,你可以認(rèn)為原來這是一堵墻,是一條死胡同,不讓人通過,擊穿了所有人就能通過了(聯(lián)想一下電流),亦可以理解為高低河岸流而不能倒流,除非有超過河床高度的水流通過。
以下給出二極管反向擊穿電壓的理性定義:外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí),反向電流會(huì)突然增大,這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦浴?/div>
如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱,則單向?qū)щ娦圆灰欢〞?huì)被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復(fù),否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。
快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)特性
二極管的反向特性。在電子電路中,二極管的正極接在低電位端,負(fù)極接在高電位端,此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過,此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài),這種連接方式,稱為反向偏置。
二極管處于反向偏置時(shí),仍然會(huì)有微弱的反向電流流過二極管,稱為漏電流。當(dāng)普通二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值,反向電流會(huì)急劇增大,二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?,二極管會(huì)反向熱擊穿而損壞。
快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)特性決定著功率變換器的性能,在雙極功率晶體管的電流下降時(shí)間大于1us(開通時(shí)間約100ns)時(shí)期,二極管的反向恢復(fù)在雙極功率晶體管的開通過程中完成,而且雙極功率晶體管達(dá)到額定集電極電流的1/2-2/3左右后隨著Ic上升Hfe急劇下降,限制了二極管的反向恢復(fù)電流的峰值,在某種意義上,也限制了di/dt,雙極功率晶體管的開通過程掩蓋了二極管的反向恢復(fù)特性,因而對(duì)二極管的反向恢復(fù)僅僅是反向恢復(fù)時(shí)間提出要求。
隨著功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)速度提高,特別是Power MOSFET、高速IGBT的出現(xiàn),不僅開通速度快(可以在數(shù)十納秒內(nèi)將MOSFET徹底導(dǎo)通或關(guān)斷),而且在額定驅(qū)動(dòng)條件下,其漏極/集電極電流可以達(dá)到額定值的5-10倍,使MOS或IGBT在開通過程中產(chǎn)生高的反向恢復(fù)峰值電流IRRM,同時(shí)MOS或IGBT在開通過程結(jié)束后二極管的反向恢復(fù)過程仍然存在,使二極管的反向恢復(fù)特性完全暴露出來,高的IRRM、di/dt使開關(guān)管和快速二極管本身受到高峰值電流沖擊并產(chǎn)生較高的EMT。
因而對(duì)二極管的反向恢復(fù)特性不僅僅限于反向恢復(fù)時(shí)間短,而且要求反向恢復(fù)電流峰值盡可能低,反向恢復(fù)電流的下降,上升的速率盡可能低,即超快、超軟以降低開關(guān)過程中反向恢復(fù)電流對(duì)開關(guān)電流的沖擊,減小開關(guān)過程的EMI。
當(dāng)快恢復(fù)二極管正向?qū)娏鲿r(shí),將從陽極和陰極注入大量載流子,并在基區(qū)以少數(shù)載流子的形式儲(chǔ)存電荷,即從陽極注入的空穴以少子的形式在基區(qū)存儲(chǔ)電荷。
但當(dāng)電路中導(dǎo)通的快恢復(fù)二極管因外加反向電壓使其換向時(shí),要實(shí)現(xiàn)快恢復(fù)二極管的“斷態(tài)”,必須把快恢復(fù)二極管導(dǎo)通時(shí)在基區(qū)儲(chǔ)存的大量少數(shù)戴流子完全抽出或者中和掉,這就需要一定時(shí)間才能使快恢復(fù)二極管恢復(fù)反向阻斷能力,這時(shí)間就定為快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr。
如圖1所示,由圖可見,快恢復(fù)二極管的主要關(guān)斷特性參數(shù)為:反向恢復(fù)時(shí)間trr,反向峰值電流IRRM,反向恢復(fù)電荷Qrr以及反向電流衰減率(dirr/dt),圖亦顯示了快恢復(fù)二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚧謴?fù)的全過程,圖中,反向恢復(fù)時(shí)間trr=ta+tb,ta表示少數(shù)戴流子的存儲(chǔ)時(shí)間,而tb表示少數(shù)戴流子的復(fù)合時(shí)間;
而且trr應(yīng)盡量短,這就是超快恢復(fù)的要求,且ta應(yīng)盡量小于tb,ta期間快恢復(fù)二極管還沒有恢復(fù)反向阻斷能力,器件加不了反向電壓,而tb期間,反向阻斷能力開始恢復(fù),這段時(shí)間內(nèi)反向電流恢復(fù)率(dirr/dt)連同電路中的寄生電感將產(chǎn)生過電壓尖峰和高頻干擾電壓,dirr/dt越高(即硬恢復(fù))對(duì)快恢復(fù)二極管本身和與其并聯(lián)的開關(guān)器件所作用的附加電應(yīng)力就越大,有時(shí)甚至使開關(guān)器件損壞,必須引起注意。
而緩慢的反向電流恢復(fù)率dirr/dt(即軟恢復(fù))是最合乎需要的特性曲線,通常用軟度因子S=tb/ta來表示器件的反向恢復(fù)曲線的軟度,因此,選用反向恢復(fù)時(shí)間trr短,反向峰值電流IRM小,反向恢復(fù)電荷Qrr小以及反向恢復(fù)特性軟的FRED管是逆變電路中最合適的,同時(shí)也可降低逆變電路中快恢復(fù)二極管和開關(guān)器件的功耗。
圖1 FRED導(dǎo)通和關(guān)斷期間的電流、電壓波形圖
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