以下文章來(lái)源于汽車(chē)功率電子 ，作者木木

1引言

IGBT的續(xù)流二極管是個(gè)很有意思的東西，對(duì)模塊整體的性能影響很大，今天就聊聊它

大家都叫它FRD，因?yàn)橐话鉏GBT的續(xù)流二極管使用快恢復(fù)二極管，它有個(gè)很重要的特性——反向恢復(fù)，不僅影響二極管的損耗及安全工作狀態(tài)，對(duì)EMI特性也有很大的影響

先看看什么是二極管的反向恢復(fù)

2反向恢復(fù)

普通二極管電流由正向變成反向時(shí)，不會(huì)馬上截止，而是先反向上升一段時(shí)間ts，再經(jīng)過(guò)tf下降時(shí)間至接近0，trr=ts+tf是二極管的反向恢復(fù)時(shí)間

IF是反向截止的時(shí)候二極管電流的變化過(guò)程

原因： 電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，tff是存儲(chǔ)電荷耗盡需要的時(shí)間;

影響： 影響開(kāi)關(guān)頻率，增加反向恢復(fù)損耗

那么什么是電荷存儲(chǔ)效應(yīng)?

是個(gè)正偏的PN結(jié)，在外電場(chǎng)的作用下：

P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散，擴(kuò)散的過(guò)程中與電子復(fù)合，剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的空穴不能馬上與電子復(fù)合，濃度較高，接著逐漸變低，反之N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散，于是

這個(gè)時(shí)候，空穴在N區(qū)積累，電子在P區(qū)積累的現(xiàn)象就叫電荷存儲(chǔ)效應(yīng)

此時(shí)加反向電壓，N區(qū)空穴和P區(qū)電子在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)形成電流，反向恢復(fù)過(guò)程說(shuō)白了就是少子消失的過(guò)程

需要記?。?/p>

空穴在N區(qū)時(shí)少子，電子在P區(qū)也是少子，所以我們說(shuō)反向恢復(fù)過(guò)程是少子導(dǎo)電造成的

3PIN二極管

高壓IGBT模塊中的快恢復(fù)反向恢復(fù)二極管一般是PIN結(jié)構(gòu)的二極管

啥是PIN二極管?

在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一層低摻雜的本征半導(dǎo)體層，組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是"PIN 二極管"

一般是P+N-N+結(jié)構(gòu)，中間的摻雜濃度比較低，近似于本征半導(dǎo)體，按工藝分有外延和擴(kuò)散兩種

低摻雜的本征半導(dǎo)體提升了二極管截止電壓，因此PIN快恢復(fù)二極管有以下特征

優(yōu)點(diǎn)： 耐壓高，幾伏到幾千伏

缺點(diǎn)： 存在少子存儲(chǔ)效應(yīng)，反向恢復(fù)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，硬度高、正向?qū)▔航递^高

那么我們使用的過(guò)程中，對(duì)FRD有哪些要求呢

4對(duì)FRD的要求

總的來(lái)說(shuō)

反向恢復(fù)要快，反向恢復(fù)電流峰值Irrm要低

恢復(fù)特性要“軟”

為什么?我們看FRD的反向恢復(fù)過(guò)程

要求快恢復(fù)特性很容易理解，可以降低反向恢復(fù)損耗，提升開(kāi)關(guān)頻率，最理想的狀態(tài)就是沒(méi)有反向恢復(fù)過(guò)程;

主要說(shuō)軟度

軟度指的是反向恢復(fù)電流下降的過(guò)程中，即上圖tf時(shí)間段內(nèi)，電流下降的斜率，斜率越大，關(guān)斷越硬，反之越軟

關(guān)斷太硬的話(huà)，一方面由于雜散電感的作用，會(huì)在二極管上疊加一個(gè)電壓尖峰，硬關(guān)斷對(duì)二極管是比較危險(xiǎn)的;另一方面，電流下降階段斜率過(guò)大會(huì)產(chǎn)生一定的電流震蕩和電磁干擾(EMI)

因此，對(duì)于續(xù)流二極管，我們追求快恢復(fù)特性和軟關(guān)斷特性

5如何優(yōu)化

怎樣改善快恢復(fù)特性和軟關(guān)斷特性?

上邊的分析我們知道，反向恢復(fù)過(guò)程本質(zhì)上是少子消失的過(guò)程，可以通過(guò)電子輻射的方式減小少子壽命，從而獲得較短的反向恢復(fù)時(shí)間，但會(huì)增加導(dǎo)通壓降。

另外，還可以通過(guò)改進(jìn)N-層結(jié)構(gòu)的方式提高軟回復(fù)特性，同樣會(huì)犧牲一部分損耗

也存在一些在PIN基礎(chǔ)上發(fā)展成的特殊二極管，如LLD低損耗二極管，發(fā)射極注入效率自調(diào)整二極管(SPEED)等，摘自論文，沒(méi)有深入研究，不做詳述

國(guó)際上，Infineon、ABB、RoHM等公司生產(chǎn)的快恢復(fù)二極管具有良好的軟恢復(fù)特性。