一文詳解二極管的反向恢復時間

2023-08-15 17:19:29 來源:硬件工程師技術干貨


(資料圖片僅供參考)

我們都知道,在理想情況下,給二極管施加正向電壓,二極管導通,給二極管施加反向電壓二極管截止,實際上真的如此嗎?下面來詳細介紹一下。

前面文章介紹過,對二極管施加正向電壓,正向電壓形成的外部電場和內電場方向相反,內部電場受到外部電場“擠壓”,削弱了內部電場,促進了自由電子向P區擴散,也就是說自由電子更容易從N區進入P區,進入P區的電子在PN結附近濃度高,遠離PN結的濃度低,同樣道理進入N區的空穴聚集在PN結附近,如下圖所示,濃度都是靠近PN結濃度大,在正向偏置電壓不變的情況下,達到一種平衡態,存儲了一定量的電荷。

當PN結兩端的電壓突然反向時,PN附近積累的電荷需要釋放,電荷移動就形成了電流,因此電壓反向時,二極管不會立即截止,而是由正向電流變為一個很大的反向電流,反向電流會維持一個很短的時間之后二極管進入截止狀態。下面是一個電路拓撲,結合此電路詳細介紹一下二極管兩端電壓反向時的狀態。

S是個理想的開關(開關管),當S斷開時,恒流源和二極管形成回路電流IL,此時S閉合,二極管兩端電壓反向逐漸進入截止狀態。S剛閉合時,二極管電流逐漸下降,在t0時刻正向電流下降為0,之后電流反向增大,tw時刻二極管開始逐漸截止,二極管兩端電壓反向增加。tirm時刻反向電流達到最大值IRRM,之后逐漸減小。Trr代表二極管反向恢復時間,從t0時刻開始至電流下降至IRRM的20%(有的廠家標稱25%或10%)的時間差。

從上面的曲線中可以看出當二極管從正向導通進入反向截止的時候,存在一個Trr時間,這個時間內二極管是反向導通的,在這個時間段內,既有反向電壓也有反向電流,也就是說這個時間段是由功率損耗的,雖然這個時間很短,但是如果二極管頻繁開關,二極管的發熱也是很可觀的。另外快速開關的二極管,電流和電壓變化劇烈,產生的電磁干擾劇烈,敏感器件應當敬而遠之。

下面的電路是拓撲圖的一個應用實例,雙脈沖試驗電路,使用此電路可以測量二極管的反向恢復時間。

這個電路圖的工作原理如下圖所示,當開關管斷開時,右側的電感和二極管形成電流環路,二極管正向導通,當開關管閉合時,二極管兩端電壓突然反向,二極管進入反向恢復期,同時右側電感被充電。有個特點就是開關管閉合的時間長,斷開的時間短。現在只需要測量二極管的反向電流下降至20%峰值時的時間即可計算出二極管的反向恢復時間。結合下面的曲線圖能夠很直觀的理解電路原理

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