在开关电源常用拓扑中,除了功率MOS器件,还有不可或缺的二极管器件,但是不一样的电路拓扑中,二极管的选择需要承担不一样的作用,对二极管的性能就有一定的要求,所以本文就列举目前常用拓扑结构中二极管的选型指南。
常用拓扑:
离线非隔离电路(Buck/Buck-boost)---续流二极管
离线隔离电路(反激式)--- 二次侧整流二极管&用于缓冲器的辅助开关二极管
电流谐振电路---自举二极管&二次侧整流二极管
PFC 电路--- 旁路二极管&升压二极管
静态特性:
● 正向压降,VF,正向电流,IF正向施加电压时流过的电流称为正向电流 IF。中频流过时的电压称为正向压降,VF。比较二极管的中频-VF特性时,流过相同量中频所需的VF越低,功率损耗越低,特性越好。VF具有负温度特性,因此温度越高,VF 越低。
● 反向电压,VR,反向漏电流,IR反向施加电压时流过的电流称为反向漏电流,IR。 IR 流动时的电压称为反向电压 VR。当反向施加电压时,会流过轻微的漏电流 IR。 IR较小的二极管功耗较小,可以防止热失控。IR具有正温度特性,因此温度越高,IR越高。
● 击穿电压,VZ当反向电压 VR 增加时,反向漏电流 IR 在一定电压下急剧增加。该电压称为击穿电压 VZ。击穿电压也称为齐纳电压。
开关特性:
从通过转动开关施加正向电压的状态开始施加反向电压时,恢复电流会流动。 从恢复电流流动到恢复电流减小的时间称为反向恢复时间,trr。 正向电流 IF 越大,trr 越长。 由于恢复电流会引起噪声和功率损耗,因此 trr 越短,特性越好。
下面描述当电压从正向电压变为反向电压时恢复电流流动的原因。
A、未施加电压时,空穴和电子处于平衡状态。
1、通用整流二极管
通用整流二极管用于商用电源整流(50Hz/60Hz)和反接保护电路。 这些二极管具有高击穿特性。
2、快恢复二极管
快速恢复二极管(FRD)用于开关电源等高频(几十到几百kHz)的整流。 与通用整流二极管相比,反向恢复时间 trr 更短。 通用整流二极管的trr为数μs~数十μs,而FRD的trr为数十~数百ns。
FRD的反向恢复时间trr很短,因为空穴被结附近的载流子陷阱捕获。
当已经穿透到N层的空穴移动到P层时,N层中的载流子陷阱捕获空穴并迅速消除空穴以缩短trr。trr和正向压降VF之间的权衡关系,因此,提供载流子陷阱结构以缩短trr会增加VF。相反,降低VF会增加trr。
由于FRD恢复电流会导致功率损耗,因此恢复电流的峰值应该很小。当恢复电流突然恢复时,会产生振铃,产生噪声,因此恢复电流较小、恢复较软的FRD具有更好的特性。
3、高压整流二极管
家用高压整流二极管用于微波炉逆变电路和高压电路。汽车高压整流二极管用于燃油喷射系统的点火线圈。
4、缓冲二极管
缓冲二极管是专为缓冲电路设计的辅助开关二极管,用于反激式开关电源的yi次侧。 它们降低了功率 MOSFET 关断时产生的振铃电压,有助于提高开关电源的效率和降低噪声。
瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管用于保护电路和设备免受过流、过压和浪涌的影响。 无论电流如何,击穿期间 TVS 二极管的反向电压几乎是恒定的。 TVS 二极管使用反向特性来保护电路和设备。