Transcript 快恢复二极管 - 江苏宏微科技股份有限公司

快恢复外延型二极管介绍
FAST RECOVERY EPITAXIAL DIODE
(FRED)
Power for the Better
力
求
更
CONFIDENTIAL
1
二极管的种类
1. 普通整流二极管（速度很慢）
2. 稳压二极管
3. 变容二极管
4. 肖特基二极管(schottky)
5. 快恢复二极管
• 快恢复单晶二极管（FRD）
• 快恢复外延型二极管（FRED）
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求
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2
FRED与肖特基二极管的区别
PN结结构
正向压降
VF
雪崩耐量
UIS
反向恢复时间
trr
P型与N型半导体材
料形成PN结结构，
最高电压可达几千
伏。
高
过电流能力
稍弱
高
过电压冲击
能力很强
快速(<100ns)
超快速(<30ns)
金属与硅材料形成
肖特基 PN结结构，最高电
压200V。
低
过电流能力
很强
低
过电压冲击
能力很弱
超快速
(10-30ns)
FRED
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3
FRED结构剖面图
阳极（A）
Al
Field plate
SiO2
PN- 外延层
N 缓冲层
N+ 衬底
阴极多层金属（K）
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4
快恢复二极管的主要性能参数
静态特性 • 反向击穿电压：Vrm（Vrm越高，VF越大）
• 反向漏电流：Irm
• 正向压降：VF
动态特性 • 反向恢复时间：trr（trr越快，VF越高）
• 反向恢复电流：Irrm
• 反向恢复电荷：Qrr
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5
快恢复二极管的静态特性
• 反向漏电流：Irm （越小越好：二极管反向阻断静态损耗小）
• 反向击穿电压：Vrm（Vrm越高，VF越大）
• 正向压降：VF （越低越好：二极管正向导通静态损耗小）
阳极A
_
阴极K
+
阳极A
+
阴极K
_
I
IF
Irm
Vrm
反向特性
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力
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V
VF
V
正向特性
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6
快恢复二极管的反向恢复特性
• IF – 正向平均电流
• diF/dt – 二极管关断通过零点时电流变化率
IF
•
• VRRM – 最大反向恢复峰值电压
diF/dt
trr
VF
Qrr
IRRM – 最大反向恢复电流
• trr – 反向恢复时间
• Qrr – 反向恢复电荷
0.25 IRRM
IRRM
• VF – 正向压降
理想的快恢复二极管具有以下开关特性:
VRRM
• 低的最大反向恢复电流
• 短的恢复时间
• 低的反向恢复电荷
• 软恢复特性, 不产生振荡
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7
宏微科技D92-02与富士产品参数测试对比报告：
参数
VRM
IRM
VF
trr
QRR
IRRM
trr
QRR
IRRM
UIS
测试条件
IRM=10uA
VR=200V, Tc=25℃
VR=200V, Tc=125℃
IF=10A, Tc=25℃
Vcc=100V, IF=10A,
di/dt=-200A/us, Tc=25℃
开关管：APT10053LNR
Vcc=100V, IF=10A,
di/dt=-200A/us,
Tc=125℃
开关管：APT10053LNR
VR=200V, IR=4A
测试结果
FUJI ESAD92-02
宏微D92-02
220-240
220-240
10
5000
1.2
10
0.92
0.88
20
20
11
15
1.04
2.4
30
28
52
65
单位
V
nA
uA
V
ns
nC
A
ns
nC
2.8
3.9
A
500-860
540
mJ
宏微科技D92-02与FUJI公司产品相比，高温IRM低1数量级左右，VF偏高5%，
Qrr比FUJI低30%，IRRM低28% ，雪崩耐量与富士相当。
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8
宏微科技D92-02与富士产品反向恢复曲线对比：
100V，-200A/us，10A，125℃，switch APT10053LNR
100V , -200A/us ,10A , 25℃ switch APT10053LNR
12
12
10
10
FUJI
——MacMic
MacMic
——FUJI
6
6
current（A）
FUJI
——MacMic
MacMic
——FUJI
8
FUJI
4
MacMic
2
current（A）
8
4
FUJI
2
MacMic
0
-90
0
-90
-60
-30
0
30
-2
-4
trr(ns)
60
90
-60
-30
0
30
60
90
-2
-4
-6
trr(ns)
宏微的反向恢复电流峰值IRRM比FUJI小，软度比FUJI好，振荡幅度比FUJI
小很多，更容易满足整机EMI要求。温度稳定性好。
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求
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9
选择什么样的FRED最好？
电学参数
性能
影响性能的相关因素
正向压降
VF
越低越好？是 VF越小！静态损耗越低。
击穿电压
Vrm
越高越好？否 击穿越高，VF越大！静态损耗增加。
反向恢复时间
trr
越快越好？否
trr越快，开关损耗越低，但VF越大！
静态损耗增加。
推荐器件，就是要推荐trr、Vrm、VF与客户线路匹配最佳的器件！
大部分器件损坏的情况，不是客户线路不好，也不是器件质量不
好，而是两者不匹配！
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力
求
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10
器件失效模式（一）——电压击穿
位置：基本上出现在芯片边、角；
原因：线路中出现了超过器件击穿电压的
尖峰电压，器件没挺住。这种失效
在肖特基中极为普遍。
解决措施：
1、客户改进吸收电路，把经过器件的
尖峰电压降下来。
2、提高器件的雪崩耐量（UIS）。
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力
求
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11
器件失效模式（二）——电流击穿
位置：芯片中部；
原因：过热；
解决措施：
1、并联应用要解决均流效应；
（采取限流措施；采用正温度系数器件、VF均匀的器件）
2、留有足够的电流余量；
器件热量来源：总热量 Q = Q1 + Q2
Q1 ——由VF产生的静态导通损耗；
Q2——由trr（Qrr）产生的动态开关损耗；
 高频使用时Q2 > Q1，应选择速度快的器件，
适当放宽VF（比如切割机、MOS焊机）。
 低频使用时Q1 > Q2，应选择VF尽量低的器件
（比如变频器、IGBT焊机）。
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力
求
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FRED常用封装
共阴极
共阳极
单芯片
K（芯片背面）
A
K
A
K
A
K
A
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力
求
更
K
CONFIDENTIAL
A
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快恢复二极管的应用
续流、吸收、嵌位、整流
•
•
•
•
•
•
•
•
直流电焊机、逆变焊机、切割机
电镀电源
功率因数校正装置（PFC）
各种开关电源（机箱电源）
氙气灯镇流器（HID）、电动自行车充电器
不间断电源 (UPS)
超声波电源
变频、斩波调速
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