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    續流二管的特及作用
    點擊次數:1555 發布時間:2018-01-16

    續流二管的特及作用

    快恢復二管主要用作續流二管,與開關三管并聯后面帶感負載,如Buck,Boost變換器的電感、變壓器和電機,這些電路大部分是用恒脈脈調制,感負載決定了流過續流二管的電流是連續的,三管開通時,續流支路要截止以防短路,下面例子給出了三管與續流二管的相互作用。
      圖1是簡化的Buck電路。其輸出電壓Vout低于輸入電壓Vin。圖2是T1的信號和T1,D1的電壓、電流波形。有源器件T1,D1的開通關斷相位如下:
      T0時刻T1有開通信號。輸入電壓Vin加在L,Cout的串聯支路,使iL線增加。電感L和Vout決定電流,過一段時間后器使T1關斷,在斷續工作時,電感L儲能(W=0.5LiL2)通過續流支路傳送到Cout。
      在t2時刻T1再次開通,整個過程重復。
      二管的開關過程可分為四部分:
      A.T1導通時二管阻斷;
      B.阻斷到導通時間;開通;
      C.T1關斷,二管導通;
      D.導通到關斷瞬間;關斷。

    圖1 Buck變換器電路圖 圖2 T1的信號和T1,D1的電壓、電流波形 
    圖1 Buck變換器電路圖圖2 T1的信號和T1,D1的電壓、電流波形

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

    PSP=VIN·IR

     
      B. 開通
      三管T1關斷瞬間,電感電流iL保持不變。二管兩端電壓逐漸減小,電流逐漸上升。D1的電流上升時間等于T1的電流下降時間。關斷時在pn結存儲的大量電荷被載流子帶走,使得電流上升時pn結的電阻減小,二管開通時有電壓,由芯片溫度、-diF/dt和芯片工藝決定。
      正向電壓與反向電壓相比(<50V),應用時不影響二管的工作(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力和關斷損耗。
      電壓VFR決定了二管的開通捌耗。這些損耗隨開關頻率線增加。
     
      C. 通態
      一且開通過程結束。二管導通正向電流lF,pn結的門限電壓和半導體的電阻決定正向壓降VF。這個電壓由芯片溫度、正向電流IF和制造工藝決定。
      利用數據手冊中的VTO和rT可以計算正向壓降和通態損耗。
      圖3所示正向壓降的簡化模型是:

    VF=rT·IF+VTO

    相應的通態損耗是:

    計算公式 

      計算出來的損耗只是近似值,因為VTO和rT隨溫度變化,而給出的只是在溫度下(TVJM的參考值。

    圖3 的正向壓降VF與其簡化模型VTO+IF·rT的關系 

    圖3 的正向壓降VF與其簡化模型VTO+IF·rT的關系

     
      D關斷
      與通態特不同,頻應用時二管的選擇是否合適主要取決于關斷特的參數,三管開通時,電流IF的變化率等于三管電流上升率di/dt。如果使用MOSFET或IGBT,其-diF/dt很過1000A/μs。前面提到,二管恢復阻斷能力前必須去除通態時存儲在pn結的載流子。這就會產生反向恢復電流,其波形取決于芯片溫度、正向電流IF,-diF/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電流。

     

    金摻雜二管 鉑摻雜二管 
    圖4 在TVJ=25℃和125℃時兩FRED二管的反向恢復電流和電壓

     
      相同溫度下不同制造工藝的二管的反向恢復特明顯不同。
      鉑摻雜二管反向恢復電流的減小速度很快(圖5(b)),可控少數載流子的金摻雜二管的恢復特較軟(圖5(a))。
      恢復電流減小得很快,線路中分布電感導致的電壓越。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備的工作。而且過的du/dt會導致EMI/RFI問題,在RFI受限的地方要使用復雜的。

     

    金摻雜二管 在TJ=125℃時-diF/dt的反向恢復電流 鉑摻雜二管 在TJ=125℃時-diF/dt的反向恢復電流 
    圖5 在TJ=125℃時不同-diF/dt的反向恢復電流

     
      二管的反向恢復電流不會增加二管的關斷損耗。還會增加三管的開通損耗,因為它也是二管的反向電流。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電流,而且開通時間受trr影響會增大。
      圖6(a)和(b)重點說明軟恢復特時低恢復電流的好處。先,軟恢復特的金摻雜二管的電壓較小和反向恢復電流較小。因此二管有低關斷損耗。其次,低反向恢復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器件的功率損耗。

     

    續流二管的反向恢復波形 表示反向恢復電流影響的三管的電流和電壓波形 
    圖6 表示反向恢復電流影響的三管的電流和電壓波形

     
     

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