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指南 || 快恢复二极管(FRD)应用指南
时间:2025-02-19  查看:105 次

快恢复二极管(Fast Recovery Diode,FRD)是一种具有快速反向恢复特性的半导体器件,广泛应用于高频开关电源、逆变器、电机驱动和其他需要快速开关的电路中。

本指南旨在帮助工程师了解FRD的特性、选型方法及其在实际应用中的注意事项。











FRD的基本特性

01

反向恢复时间(trr)

定义: 从正向导通切换到反向阻断时,存储的少数载流子被清除所需的时间。


重要性: trr 越短,FRD的开关速度越快,适用于高频应用。

02

反向恢复峰值电流(Irr)

定义: 反向恢复过程中反向电流的最大值。


重要性: Irr越大,反向恢复损耗越高,需根据电路需求选择合适的FRD。
03

反向恢复电荷(Qrr)

定义: 反向恢复过程中流动的总电荷量。


重要性: Qrr 是计算反向恢复损耗的重要参数,影响电路的效率和热设计。
04

正向压降(VF)

定义: FRD在正向导通时的电压降。


重要性: VF越小,导通损耗越低,适用于高效率电路。










FRD的选型方法
01

确定工作电压:选择FRD时,其最大反向电压(VR)应高于电路中的最大反向电压,通常留有20%-30%的裕量。

02
确定工作电流:FRD的额定正向电流(IF)应高于电路中的最大正向电流,通常留有20%-30%的裕量。
03
选择反向恢复时间:根据电路的开关频率选择适当的trr,高频应用应选择trr较短的FRD。
04
考虑热设计:根据FRD的功耗, 热阻以及工作温度计算结温,确保其在安全工作温度范围内。









实际应用

01
























损耗计算
Loss calculation

FRD应用中,除开正向导通损耗,反向恢复损耗也非常重要。二极管整体损耗主要由这两者共同决定。在应用中需要根据实际情况,来评估FRD的Trr选择是否合适。

理想反向恢复波形中,反向恢复产生的损耗

Psw-off≈Vrp*Irrm*Trr*fsw/2

在实际反向恢复中,Vrp接近于Vr,反向恢复产生的损耗

Psw-off≈Vr*Irrm*Trr*fsw/2


不管何种波形,针对高频应用,需要评估器件整体功耗是否超标,是否有热失控风险。
器件整体功耗:

PD=Pon+Poff+Psw-on+Psw-off

(其中Poff因为漏电流小,Psw-on因为时间短,正向压降小,两者的功耗几乎可以忽略,Psw-off需要计算高温下的数值,温度越高Trr越大,Psw-off也会越大)

根据热阻计算对应温升:DT=PD*Rthjc

根据器件实际工作温度,计算器件结温:Tj=Tc+DT

确保器件结温Tj不超过Tjmax,并有一定余量。

如下两颗FRD具有相同的电流电压规格,Trr差异较小,但是反向恢复损耗却相差较大,在高温条件下,差距会进一步放大, 由此带来的功耗差异也不能忽略。

按照5A/200V,频率65KHz应用计算反向恢复损耗:
样品A的反向恢复损耗:Psw-off=0.77W
样品B的反向恢复损耗:Psw-off=0.12W

02
























软恢复和硬恢复
Soft recovery and hard recovery

恢复电流恢复太突然时,它会产生更多的噪音. 因此,trr不仅要小,而且需要较缓的恢复。下面数字1和3在规格中可能看起来具有相同的trr,但损耗和噪音都大不相同。此外,2号在查看规格时看起来非常好,但它会产生很大的噪音。

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