快恢复二极管的基本特性、选型方法及实际应用

快恢复二极管的基本特性、选型方法及实际应用

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

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≈VrpIrrmTrr*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≈VrIrrmTrr*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

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。