二極管的反向恢復(fù)時(shí)間

現(xiàn)代脈沖電路中大量使用晶體管或二極管作為開(kāi)關(guān), 或者使用主要是由它們構(gòu)成的邏輯集成電路。而作為開(kāi)關(guān)應(yīng)用的二極管主要是利用了它的通(電阻很小)、斷(電阻很大) 特性, 即二極管對(duì)正向及反向電流表現(xiàn)出的開(kāi)關(guān)作用。二極管和一般開(kāi)關(guān)的不同在于,“開(kāi)”與“關(guān)”由所加電壓的極性決定, 而且“開(kāi)”態(tài)有微小的壓降Vf,“關(guān)”態(tài)有微小的電流I0。當(dāng)電壓由正向變?yōu)榉聪驎r(shí), 電流并不立刻成為(-I0) , 而是在一段時(shí)間ts 內(nèi), 反向電流始終很大, 二極管并不關(guān)斷。經(jīng)過(guò)ts后, 反向電流才逐漸變小, 再經(jīng)過(guò)tf 時(shí)間, 二極管的電流才成為(-I0) 。ts 稱(chēng)為儲(chǔ)存時(shí)間,tf 稱(chēng)為下降時(shí)間。tr=ts+tf 稱(chēng)為反向恢復(fù)時(shí)間, 以上過(guò)程稱(chēng)為反向恢復(fù)過(guò)程。

這實(shí)際上是由電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的, 反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷耗盡所需要的時(shí)間。該過(guò)程使二極管不能在快速連續(xù)脈沖下當(dāng)做開(kāi)關(guān)使用。如果反向脈沖的持續(xù)時(shí)間比tr 短, 則二極管在正、反向都可導(dǎo)通, 起不到開(kāi)關(guān)作用。因此了解二極管反向恢復(fù)時(shí)間對(duì)正確選取管子和合理設(shè)計(jì)電路至關(guān)重要。

開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，二極管或整流器在二極管阻斷反向電流之前需要首先釋放存儲(chǔ)的電荷，這個(gè)放電時(shí)間被稱(chēng)為反向恢復(fù)時(shí)間,在此期間電流反向流過(guò)二極管。即從正向?qū)娏鳛?時(shí)到進(jìn)入完全截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間。

反向恢復(fù)過(guò)程，實(shí)際上是由電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的，反向恢復(fù)時(shí)間就是正向?qū)〞r(shí)PN結(jié)存儲(chǔ)的電荷耗盡所需要的時(shí)間。假設(shè)為T(mén)rr，若有一周期為T(mén)1的連續(xù)PWM波通過(guò)二極管，當(dāng)Trr>T1時(shí)，二極管反方向時(shí)就不能阻斷此PWM波，起不到開(kāi)關(guān)作用。二極管的反向恢復(fù)時(shí)間由Datasheet提供。反向恢復(fù)時(shí)間快使二極管在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度，提高了器件的使用頻率并改善了波形。

快恢復(fù)二極管的最主要特點(diǎn)是它的反向恢復(fù)時(shí)間（trr)在幾百納秒（ns)以下，超快恢復(fù)二極管甚至能達(dá)到幾十納秒。所謂反向恢復(fù)時(shí)間（trr)，它的定義是：電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換成反向，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定值的時(shí)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)。

圖1中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(shí)，正向電流I=IF。當(dāng)t>t0時(shí)，由于整流管上的正向電壓突然變成反向電壓，因此，正向電流迅速減小，在t=t1時(shí)刻，I=0。然后整流管上的反向電流IR逐漸增大；在t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后通過(guò)環(huán)路放電，反向電流逐漸減小，并且在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過(guò)程與電容器放電過(guò)程有相似之處。由t1到t3的時(shí)間間隔即為反向恢復(fù)時(shí)間trr。