输出整流管的选择 admin    18/09/08



    开关电源的输出整流管一般采用快恢复二极管(FRD)、超快恢复二极管(SRD) 或肖特基二极管(SBD)。它们具有开关特性好、反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。

一.快恢复及超快恢复二极管的选择

1.反向恢复时间

    反向恢复时间trr的定义是:电流通过零点由正向转向反向,再由反向转换到规定低 值的时间间隔。它是衡量高频整流及续流器件性能的重要技术指标。反向恢复电流的波 形如图3—7—1所示。图中,IF为正向电流,IRM为最大反向恢复电流,Irr为反向恢复电 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 向电压突然变成反向电压,因此正向电流迅速减小,在t &= t0时刻I = 0。然后整流管上 流过反向电流IR,并且IR逐渐增大;在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。此后受正 向电压的作用,反向电流逐渐减小,并且在t=t3时刻达到规定值Irr从t2到t3的反向 恢复过程与电容器放电过程有相似之处。由zt2到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr

图3-7-1  反向恢复电流的波形

2.快恢复二极管的结构特点

    快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同,它是在P型、N型硅材料中增加了基 区I,构成P-I-N硅片。由于基区很薄,反向恢复电荷很小,不仅大大减小了trr值,还 降低了瞬态正向电压,使管子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 达几百至几千伏。

    超快恢复二极管则是在快恢复二极管基础上发展而成的,其反向恢复电荷进一步减小, trr值可低至几十纳秒。

    20A以下的快恢复二极管及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。对管内部包含两只快恢复或超快恢复二极管,根据两只二极管接法的 不同,又有共阴对管、共阳对管之分。图3—7—2(a)示出C20—04型快恢复二极管(单管) 的外形及内部结构。图3—7—2(b)、(c)分别示出C92—02型(共阴对管)、MURl680A型 (共阳对管)超快恢复二极管的外形与构造。它们大多采用TO—220封装,主要技术指标见表3—7—1。常用超快恢复二极管的型号及 主要参数见表3—7—2。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(几百安至几千安)的管子则采用螺栓型或平板型封装。

图3-7-2  三种快恢复及超快恢复二极管的外形及内部结构

表3-7-1  几种快恢复、超快恢复二极管的主要技术指标

型号 结构特点 反向恢复时间 trr(nS) 平均整流电流 Id(A) 最大瞬时电流 IFSM(A) 反向峰值电压 URM(V) 封装形式
C20-40单管400570400TO-220
C92-02共阴对管351050200TO-220
MUR1680A共阳对管3516100800TO-220
EU2Z单管400140200DO-41
RU3A单管4001.520600DO-15

表3-7-2  常用超快恢复二极管的型号及主要参数

型号 URM(V) Id(A) trr(nS) 生产厂家
UF400150125GI公司
UF4002100125
UF4003200125
UF4004400150
UF4005600130
UF4006800175
UF40071000175
UF5401100350
UF5402200350
UF5406600350
UF54081000350
BYV27-100100225Philips公司
BYV27-150150225
BYV27-200200225
BYV26D8002.375
BYV26E10002.375

    超快恢复二极管在开关电源中的典型应用如图3—7—3所示。图(a)中的漏极钳位 保护电路使用一只UF4007型超快恢复二极管VD1,输出整流电路采用MBU420型 4A/200V超快恢复二极管。图(b)中的输出整流管采用一只MBUl640型16A/200V超快 恢复对管,以满足大电流输出的需要。

图3-7-6  超快恢复二极管在开关电源中的典型应用

二.肖特基二极管的选择

1.肖特基二极管的工作原理

    肖特基二极管是以金、银、铂等贵金属为阳极,以N型半导体材料为阴极,利用二者 接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属—半导体器件。它属于五层器件,中间层 是以N型半导体为基片,上面是用砷做掺杂剂的N-外延层,最上面是由金属材料铂构成的 阳极。N型基片具有很小的导通电阻。在基片下面依次是N+阴极层、阴极金属。典型的肖 特基二极管内部结构如图3—7—4所示。通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成 合适的肖特基势垒。当加上正偏压E时,金属A与N型基片B分别接电源的正、负极,此 时势垒宽度W0变窄。加负偏压-E时,势垒宽度就增加,见图3—7—5。近年来,采用硅平 面工艺制造的铝硅肖特基二极管已经问世,不仅能节省贵金属,减少环境污染,还改善了 器件参数的一致性。肖特基二极管仅用一种载流子(电子)输送电荷,在势垒外侧无过剩 少数载流子的积累,因此它不存在电荷储存效应,使开关特性得到了明显改善。其反向恢复 时间(trr)可缩短到l0nS以内。但它的反向耐压较低,一般不超过l00V,适宜在低电压、大 电流下工作。利用其低压降的特性,能显著提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。

图3-7-4  肖特基二极管的结构

    

图3-7-5  加外偏压时势垒宽度的变化情况

2.肖特基二极管在开关电源中的典型应用

    可供开关电源输出电路使用的肖特基二极管型号参见表3—7—3

表3-7-3  肖特基二极管的选择

最高反向工作电压 URM(V) 最大平均整流输出电流 Id(A)
3A 4~6A
201N5820,MBR320P,SR3021N5823
30lN5821,MBR330,31DQ03,SR30350WQ03,1N5824
40lN5822,MBR340,31DQ04,SR304MBR340,50wQ04,lN5825
50MBR350,31DQ05,SR30550WQ05
60MBR360,DQ06,SR30650WR06,50SQ060

    肖特基二极管在开关电源中的典型应用电路如图3—7—6所示(局部)。为了降低二 次绕组及整流管的损耗,二次侧电路由两个绕组、两只整流管VD2、VD3并联而成, 然后公用一套滤波器。二次侧整流管均采用20A/100V的肖特基对管MBR20100,可以 把整流管的损耗降至最低。L为共模电感。该开关电源的输出电压为19V,最大输出电 流为3.68A。

图3-7-6  肖特基管在开关电源中的典型应用电路(局部)

三.几种整流管的性能比较

    肖特基二极管、快恢复二极管和普通高频硅整流管的典型伏安特性分别如图3—7— 7中曲线a、b、c所示。由图可见,肖特基二极管的正向导通压降UF最低,快恢复二 极管较高,高频硅整流管最高。表3—7—4列出了肖特基二极管、超快恢复二极管、快 恢复二极管、高频硅整流管的性能比较。由表可见,普通高频硅整流管的trr与快恢复二 极管相当,但平均整流电流很小,不能做大电流整流用。中、小功率肖特基二极管大多 采用TO-220封装。

图3-7-7  肖特基二极管、快恢复二极管、和高频硅整流管的典型伏安特性

    

    

    

    

    

    

    



0 评论 | 直到2021-10-27 13:48添加评论