快速恢复二极管的特征介绍

最后一篇谈及Si二极管。本篇将说明快速恢复二极管（以下简称为FRD）的特征、改善特性及其相关应用。

Si-FRD的特征

Si-FRD是PN结二极管，具有高速性特征，Trr极快。与此相反，就一般特征而言是VF高。例如，在示意图中，通用10A级别的VF不到2V。这是因为Trr的高速性与VF之间有需要权衡的关系。然而，开发出VF值大幅度降低的型号，实际时可根据应用来选择最适合的Si-FRD。

下表总结了Si-FRD的特征及其适合的应用。表中凡标有“×”的项目，请理解为：其与其他项目相比，特性较差、不适合。

超高速型的VF较高，IR却较低，所以，最适用于连续模式的PFC（改善功率因数），损耗较少。

高速与低VF的平衡型有非常高的通用性，利用FRD的高速性适用于各种应用。

超低VF型的虽然IR特性较为逊色，但其低VF能降低导通损耗，适用于峰值电流大的临界模式PFC。

此时，下面图表显示VF和Trr之间的权衡关系。橙色线表示VF较低，Trr稍长，但VF与Trr之间的IR也较大，是该FRD的特性。红色线的特性与其相反。可见存在一种关系，如果是高速型，那么VF就高，如果是低VF型，那么Trr/IR就大。

Si-FRD的噪声

从EMC的角度来看，以开关电源为主的开关所引发的噪声是重要的研讨事项。Si-FRD的Trr较为高速，故而在反向恢复时，Trr时间内会产生噪声。下图是反向恢复时的噪声以及改善后的示意图。IRp表示FRD关断时的反向电流峰值。并用dir/dt表示恢复的倾斜度/急峻度。如能降低Irp，并使dir/dt平稳，就能使反向恢复时的噪声变小。

实际上，已成功开发出称之为“软恢复”型的低噪声Si-FRD。在这里，就该项研究稍稍加以说明。

为了降低Irp，并使恢复时的倾斜度dir/dt趋缓，必须分别采取改善对策。最初，为了降低IRp，降低了P型硅（阳极）的杂质浓度。仍然存在问题，虽然漏电流减少，降低了IRp，但是，dir/dt依然急峻，仍然残存噪声，还有VF上升的新课题要权衡处理。

其次，为了缓和倾斜度，采用了称之为寿命杀手的铂（Pt）扩散，缩短了寿命，成功地实现dir/dt软恢复。这里的“寿命”是指，在PN结关断/反向偏置时的少数载流子再结合，在恢复的时间内，如果时间长，残留的载流子会导致电流流经的现象。寿命杀手会加速再结合，从而缩短寿命。一般而言，寿命杀手会扩散杂质。这种时就采用Pt（铂）。

这就涉及到制造工艺了，若非熟悉领域很难全面展开，但是，以这两个方法为基础，最终实现了Trr和VF的特性基本保持不变，却能大幅度抑制反向恢复噪声的Si-FRD。下图所示为软恢复型（红色）与标准型（蓝色）的实际波形比较示意图。明显可见，软恢复型的噪声非常低。

根据Si-FRD的Trr和VF的应用示意图

最后表示依据Si-FRD的特性及其适合应用的示意图，设计时仅供参考。如上所述，Trr高速型的VF值较高，而VF值低的Trr较慢，应基于这一基本倾向，选择最佳的应用特性。

再提一下PFC的话题，BCM（临界模式）的VF值越低越好，CCM（连续模式）的Trr值越快越好，这有助于降低各自的损耗。

此时，不仅降低噪声，而且VF与Trr的权衡达到最优化的类型，其可制成的应用非常广泛。

　　审核编辑：汤梓红