功率二极管特性
2023-02-08 15:40 斑鸠,一生。 阅读(456) 评论(0) 编辑 收藏 举报本文用于记录二极管特性及损耗分析,欢迎大家批评指正,谢谢!长期更新中~~~~~
1、二极管特性
1.1正向导通特性
二极管的伏安特性曲线与温度关系较大.
- 根据不同厂家的二极管制造工艺不同,二极管存在一个临界电流Ic。
- 当正向电流If大于临界电流Ic时,正向电压Vf与温度是负相关关系,相关系数a<1;
- 当正向电流If小于临界电流Ic时,正向电压Vf与温度是正相关关系, 相关系数a>1;
- 当正向电流If等于临界电流Ic时,正向电压Vf与温度变化无关。
- 不同工艺的功率二极管的临界电流Ic不同
- 对于肖特基,快恢复和双极性二极管来说,临界电流Ic一般较大,因此二极管常常工作在负相关区域;
- 对于SiC和GaN材质的二极管,临界电流Ic一般较小,因此二极管可能工作在正相关或者负相关区域;
- 对于工作在负相关区域的二极管(a < 1),当温度升高时,二极管的正向压降Vf降低,导致二极管的导通损耗降低,因此高温时的损耗小于低温的损耗。
Temperature VS Forward Voltage | |
If < Ic | 正相关 |
If = Ic | 不随温度变化 |
If > Ic | 负相关 |
以泰科天润的SiC二极管CRXU30D120G2为例,临界电流Ic为10A左右,当应用在正向电流大于临界电流的区域时,温度越高,正向压降越大。
以ST的快恢复二极管为例,由于临界电流较大,二极管工做在温度与导通压降负相关区域,温度越高,导通压降越低。
- 那么功率二极管能否多个并联呢?
个人认为,并联二极管的正向导通压降Vf是相同的。
当二极管工作在温度与正向压降正相关的区域时,一个二极管的温度升高,流过该二极管的正向电流反而降低,进而导致该二极管的损耗降低,温度降低。因此,此工况下的功率二极管是可以并联的。
当二极管工作在温度与正向压降负相关的区域时,一个二极管的温度升高,流过该二极管的正向电流增加,进而导致该二极管的损耗增加,温度进一步增加。因此,此工况下的功率二极管不可以并联的。
- 功率二极管的伏安特性曲线,可以等效为一个直流电源与电阻的串联,等效模型如下:
1.2 开关特性
- 在二极管的开通和关断过程中,一般存在开通损耗和关断损耗;
- 反向恢复电荷和反向恢复时间限制了二极管的最大开关速度;
- 肖特基二极管没有反向恢复损耗;
下图为英飞凌CoolMos内部寄生二极管的反向恢复特性,由图可知,反向恢复过程中,Vds的电压大致分为两个电压,trr分为tf和ts两个过程。
- 在高温环境下,二极管反向恢复时间trr会变长,反向漏电流Irm也会变大。
- 反向恢复电荷Qrr随着温度增加而变大。
2、损耗计算
2.1导通损耗
功率二极管的导通损耗由导通时的平均功率决定,考虑温度的计算公式为:
根据等效模型,可以得到导通损耗的另外一种表达形式为:
2.2反向恢复损耗
二极管关断时的反向恢复损耗为: