开关电源完整波形分析 开关电源的关键元件

快恢复二极管（FRD / Fast Recovery Diode）

超快恢复二极管（SRD / Superfast Recovery Diode）

它们是电力电子半导体器件。具有反向恢复时间短、正向电流大、开关特性好、体积小、耐压高、安装简便等优点。广泛用于脉宽调制器、高频加热装置、开关电源、不间断电源(UPS)、变频调速器等，作为高频、大电流的续流二极管或整流二极管或阻塞二极管。

快恢复二极管和超快恢复二极管的性能特点

1、反向恢复时间【trr】

反向恢复时间，是指电流通过零点由正向转换成反向，再由反向转换到规定低值的时间间隔。

它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。

如下图所示：反向恢复电流的波形

【IF】正向电流

【IRM】最大反向恢复电流

【Irr】反向恢复电流

通常规定Irr=0.1IRM

当t≤t0时，正向电流I=IF

当t>t0时，由于整流管上的正向电压突变成为反向电压，因此正向电流迅速减小，在t=t1时刻，I=0，随后反向电流IR逐渐增大；在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM，之后收到正向电压的作用，反向电流逐渐减小，并在t=t3时刻达到规定值Irr。

由t1到t3的时间间隔就是反向恢复时间【trr】。

2、结构特点

快恢复二极管的结构与普通二极管不同，它是在P、N型硅材料中间增加了基区，构成P-I-N硅片。

由于基区很薄，反向恢复电荷很小，这不仅大大减小了【trr】值，还降低了瞬态正向压降，使它能承受很高的反向工作电压。

快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V，正向电流为几安培至几千安培，反向峰值电压可高达几百到几千伏。

超快恢复二极管是在快恢复二极管基础上发展而来的，它的反向恢复电荷进一步减小，【trr】可低至几十纳秒。

20A以下的快恢复和超快恢复二极管大多采用TO-220封装。

从内部结构看，可分成单管、对管两种，如下图：

对管内部包含两只二极管，根据接法的不同，又有共阴对管、共阳对管之分。

它们大多采用TO-220封装，几十安的快恢复、超快恢复二极管一般采用TO-3P金属壳封装，更大容量(几百安～几千安)的则采用螺栓型或平板型封装，主要技术指标见下表：

快恢复二极管和超快恢复二极管的检测方法

1、反向恢复时间【trr】的测量

测量电路如下图：

图中，由直流电流源提供规定的【IF】正向电流，脉冲发生器通过隔直电容器【C】施加脉冲信号，利用示波器观察【trr】，为了测量准确，最好使用200MHz带宽的数字存储示波器进行观察与分析。

2、常规检测

业余条件下，利用模拟万用表的电阻挡或数字万用表的二极管挡，能够检查它们的单向导电性，并测出正向导通压降。用兆欧表，还能测量反向击穿电压。

需要注意，单管也有3个引脚的，中间为空脚，出厂时一般剪掉，但也有保留的。如果对管中有一只管子损坏，仍可作单管使用。

快恢复二极管和超快恢复二极管的选取原则及产品型号

1、选取原则

a、作为阻塞二极管

初级保护电路中与钳位二极管(TVS)配套使用的阻塞二极管，必须选用超快恢复二极管。它们的反向恢复时间trr≤75ns，多数管子在20~50ns之间。

典型产品有美国通用仪器公司(General Instrument / GI)生产的UF4000、UF5400两大系列，荷兰飞利浦公司(Philips)生产的BYV26系列、BYV27系列和BYW29系列，美国摩托罗拉公司(Motorola)生产的MURl00系列。选取阻塞二极管的原则可参考下表：

b、作为输出整流管

超快恢复二极管适合作为开关电源中的高压、大电流整流管。

选择时，最高反向工作电压要为实际反向电压的2倍，额定整流电流要为实际最大连续输出电流的3倍。

这样才能保证器件在较长时间工作时，不易损坏。

c、作为反馈电路中的整流管

反馈电路中的整流管通常选硅高频开关整流管1N4148，但也可选用UF4003、MURl20、BAV21等超快恢复二极管。

2、常用器件参数表

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