續(xù)流二管的特及作用

快恢復(fù)二管主要用作續(xù)流二管，與開關(guān)三管并聯(lián)后面帶感負(fù)載，如Buck，Boost變換器的電感、變壓器和電機(jī)，這些電路大部分是用恒脈脈調(diào)制，感負(fù)載決定了流過續(xù)流二管的電流是連續(xù)的，三管開通時(shí)，續(xù)流支路要截止以防短路，下面例子給出了三管與續(xù)流二管的相互作用。
  圖1是簡(jiǎn)化的Buck電路。其輸出電壓V_out低于輸入電壓Vin。圖2是T₁的信號(hào)和T₁，D₁的電壓、電流波形。有源器件T₁，D₁的開通關(guān)斷相位如下：
  T₀時(shí)刻T₁有開通信號(hào)。輸入電壓V_in加在L，C_out的串聯(lián)支路，使i_L線增加。電感L和V_out決定電流，過一段時(shí)間后器使T₁關(guān)斷，在斷續(xù)工作時(shí)，電感L儲(chǔ)能(W=0.5Li_L2)通過續(xù)流支路傳送到C_out。
  在t₂時(shí)刻T₁再次開通，整個(gè)過程重復(fù)。
  二管的開關(guān)過程可分為四部分:
  A.T₁導(dǎo)通時(shí)二管阻斷;
  B.阻斷到導(dǎo)通時(shí)間；開通；
  C.T₁關(guān)斷，二管導(dǎo)通；
  D.導(dǎo)通到關(guān)斷瞬間；關(guān)斷。

圖1 Buck變換器電路圖	圖2 T1的信號(hào)和T1，D1的電壓、電流波形

 
  A. 阻斷
  MOFET導(dǎo)通時(shí)，二管兩端的反壓是V_in。與的半導(dǎo)體一樣，二管的陽到陰有一個(gè)小電流(耐電流I_R)，漏電流由阻斷電壓，二管芯片工作溫度和二管制作決定。反向電壓導(dǎo)致的總功率損耗是：

P_SP=V_IN·I_R

 
  B. 開通
  三管T₁關(guān)斷瞬間，電感電流i_L保持不變。二管兩端電壓逐漸減小，電流逐漸上升。D₁的電流上升時(shí)間等于T₁的電流下降時(shí)間。關(guān)斷時(shí)在pn結(jié)存儲(chǔ)的大量電荷被載流子帶走，使得電流上升時(shí)pn結(jié)的電阻減小，二管開通時(shí)有電壓，由芯片溫度、-di_F/dt和芯片工藝決定。
  正向電壓與反向電壓相比(<50V)，應(yīng)用時(shí)不影響二管的工作(圖7中的D₁波形)。但是二管的開通電壓增加了三管的電壓應(yīng)力和關(guān)斷損耗。
  電壓V_FR決定了二管的開通捌耗。這些損耗隨開關(guān)頻率線增加。
 
  C. 通態(tài)
  一且開通過程結(jié)束。二管導(dǎo)通正向電流l_F，pn結(jié)的門限電壓和半導(dǎo)體的電阻決定正向壓降V_F。這個(gè)電壓由芯片溫度、正向電流I_F和制造工藝決定。
  利用數(shù)據(jù)手冊(cè)中的V_TO和r_T可以計(jì)算正向壓降和通態(tài)損耗。
  圖3所示正向壓降的簡(jiǎn)化模型是：

V_F=r_T·I_F+V_TO

相應(yīng)的通態(tài)損耗是：

  計(jì)算出來的損耗只是近似值，因?yàn)閂_TO和r_T隨溫度變化，而給出的只是在溫度下(T_VJM的參考值。

圖3 的正向壓降V_F與其簡(jiǎn)化模型V_TO+I_F·r_T的關(guān)系

 
  D. 關(guān)斷
  與通態(tài)特不同，頻應(yīng)用時(shí)二管的選擇是否合適主要取決于關(guān)斷特的參數(shù)，三管開通時(shí)，電流I_F的變化率等于三管電流上升率di/dt。如果使用MOSFET或IGBT，其-d_iF/dt很過1000A/μs。前面提到，二管恢復(fù)阻斷能力前必須去除通態(tài)時(shí)存儲(chǔ)在pn結(jié)的載流子。這就會(huì)產(chǎn)生反向恢復(fù)電流，其波形取決于芯片溫度、正向電流I_F，-d_iF/dt和制造工藝。
  圖4是正向特相同的金摻雜和鉑摻雜外延型二管不同溫度下的反向恢復(fù)電流。
 

圖4 在TVJ=25℃和125℃時(shí)兩FRED二管的反向恢復(fù)電流和電壓

 
  相同溫度下不同制造工藝的二管的反向恢復(fù)特明顯不同。
  鉑摻雜二管反向恢復(fù)電流的減小速度很快(圖5(b))，可控少數(shù)載流子的金摻雜二管的恢復(fù)特較軟(圖5(a))。
  恢復(fù)電流減小得很快，線路中分布電感導(dǎo)致的電壓越。如果zui大電壓過三管的耐壓值，就必須使用吸收電路以保障設(shè)備的工作。而且過的du/dt會(huì)導(dǎo)致EMI/RFI問題，在RFI受限的地方要使用復(fù)雜的。
 

圖5 在TJ=125℃時(shí)不同-diF/dt的反向恢復(fù)電流

 
  二管的反向恢復(fù)電流不會(huì)增加二管的關(guān)斷損耗。還會(huì)增加三管的開通損耗，因?yàn)樗彩嵌艿姆聪螂娏?。圖6(a)和(b)表明三管開通電流是電感電流加上二管的反向恢復(fù)電流，而且開通時(shí)間受trr影響會(huì)增大。
  圖6(a)和(b)重點(diǎn)說明軟恢復(fù)特時(shí)低恢復(fù)電流的好處。先，軟恢復(fù)特的金摻雜二管的電壓較小和反向恢復(fù)電流較小。因此二管有低關(guān)斷損耗。其次，低反向恢復(fù)電流可減小三管的開通損耗。因此，二管的選擇直接決定了兩個(gè)器件的功率損耗。
 

圖6 表示反向恢復(fù)電流影響的三管的電流和電壓波形