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  6. 快恢復(fù)二極管好壞測量判斷及注意事項
    • 發(fā)布時間:2019-05-27 17:02:14
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    快恢復(fù)二極管(簡稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(dǎo)體二極管,主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同,它屬于PIN結(jié)型二極管,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。
    快恢復(fù)二極管好壞測量
    快恢復(fù)二極管特點
    一、反向恢復(fù)時間
    反向恢復(fù)時間(tr)的定義:電流通過零點由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向恢復(fù)電流的波形如圖1所示。IF為正向電流,IRM為最大反向恢復(fù)電流。Irr為反向恢復(fù)電流,通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時,正向電流I=IF。當(dāng)t>t0時,由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓,因此正向電流迅速降低,在t=t1時刻,I=0。然后整流器件上流過反向電流IR,并且IR逐漸增大;在t=t2時刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用,反向電流逐漸減小,并在t=t3時刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過程與電容器放電過程有相似之處。
    結(jié)構(gòu)特點
    快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和普通二極管不同,它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,不僅大大減小了trr值,還降低了瞬態(tài)正向壓降,使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間一般為幾百納秒,正向壓降約為0.6V,正向電流是幾安培至幾千安培,反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小,使其trr可低至幾十納秒。
    20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看,可以分成單管、對管(亦稱雙管)兩種。對管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管,根據(jù)兩只二極管接法的不同,又有共陰對管、共陽對管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復(fù)二極管(單管)的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型(共陰對管)、MUR1680A型(共陽對管)超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝,
    幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量(幾百安~幾千安)的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。
    反向恢復(fù)時間
    測量電路如圖3。由直流電流源供規(guī)定的IF,脈沖發(fā)生器經(jīng)過隔直電容器C加脈沖信號,利用電子示波器觀察到的trr值,即是從I=0的時刻到IR=Irr時刻所經(jīng)歷的時間。設(shè)器件內(nèi)部的反向恢電荷為Qrr,有關(guān)系式:
    trr≈2Qrr/IRM (5.3.1)
    由式(5.3.1)可知,當(dāng)IRM為一定時,反向恢復(fù)電荷愈小,反向恢復(fù)時間就愈短。
    常規(guī)檢測方法
    在業(yè)余條件下,利用萬用表能檢測快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無開路、短路故障,并能測出正向?qū)▔航怠H襞湟哉讱W表,還能測量反向擊穿電壓。實例:測量一只C90-02超快恢復(fù)二極管,其主要參數(shù)為:trr=35ns,Id=5A,IFSM=50A,VRM=700V。外型同圖(a)。將500型萬用表撥至R×1檔,讀出正向電阻為6.4Ω,n′=19.5格;反向電阻則為無窮大。進(jìn)一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。
    注意事項
    1)有些單管,共三個引腳,中間的為空腳,一般在出廠時剪掉,但也有不剪的。
    2)若對管中有一只管子損壞,則可作為單管使用。
    3)測正向?qū)▔航禃r,必須使用R×1檔。若用R×1k檔,因測試電流太小,遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流,故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中,如果選擇R×1k檔測量,正向電阻就等于2.2kΩ,此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V,遠(yuǎn)低于正常值(0.6V)。
    快恢復(fù)二極管好壞判斷
    快恢復(fù)二極管好壞判斷,快恢復(fù)二極管采用PIN結(jié)構(gòu),所以它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同,在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。而基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。從性能上,還能分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個等級。
    快恢復(fù)二極管好壞測量
    檢測快恢復(fù)二極管的方法與檢測普通二極管的方法相同,都是根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕ㄟ^測量二極管的正、反向電阻,可方便地判斷快恢復(fù)二極管的好壞。一般將萬用表置于Rx1k擋,用黑表筆接二極管的正極,紅表筆接二極管的負(fù)極,正向電阻一般為幾歐姆,反向電阻為∞,如果測得的阻值均為∞或為0,則表明被測管子損壞。
    快恢復(fù)二極管屬于整流二極管中的高頻二極管,特點是它的反向恢復(fù)時間很短,這一點特別適合高頻率整流。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間是其性能的重要參數(shù),反向恢復(fù)時間的定義是:二極管從正向?qū)顟B(tài)急劇轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài),從輸出脈沖下降到零線開始,到反向電源恢復(fù)到最大反向電流的10%所需要的時間。常用符號trr表示,trr值越小的快恢復(fù)二極管工作頻率越高。因為導(dǎo)通和截止轉(zhuǎn)換迅速,從而可以改善整流波形。
    快恢復(fù)二極管好壞測量
    快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同,普通整流二極管是一個PN結(jié),而快恢復(fù)二極管PN結(jié)中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。由于基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短。從電物理現(xiàn)象來解釋,導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變時,二極管在阻斷反向電流之前需要首先釋放上個周期存儲的電荷,這個放電時間被稱為反向恢復(fù)時間,反向恢復(fù)時間實際上是由電荷存儲效應(yīng)引起的.反向恢復(fù)時間就是存儲電荷耗盡所需要的時間。
    在業(yè)余條件下,利用萬用表能檢測快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無開路、短路故障,并能測出正向?qū)▔航怠H襞湟哉讱W表,還能測量反向擊穿電壓。將萬用表置于Rx1k擋,測快恢復(fù)二極管的正、反向電阻,正向電阻一般為幾歐姆,反向電阻為∞,如果測得的阻值均為∞或為0,則表明被測管子損壞。 快恢復(fù)二極管的對管檢測方法與上述方法基本相同,但必須首先確定其共用端是哪個引腳,然后再用上述方法對各個快恢復(fù)二極管進(jìn)行檢測。
    實例:測量一只C90-02超快恢復(fù)二極管,其主要參數(shù)為:trr=35ns,Id=5A,IFSM=50A,VRM=700V。外型同圖(a)。將500型萬用表撥至R×1檔,讀出正向電阻為6.4Ω,n′=19.5格;反向電阻則為無窮大。進(jìn)一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。
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