二極管的特性及損耗介紹

二極管特性及損耗分析。

1、二極管特性

1.1正向?qū)ㄌ匦?/p>

二極管的伏安特性曲線與溫度關(guān)系較大.

根據(jù)不同廠家的二極管制造工藝不同，二極管存在一個臨界電流Ic。

當(dāng)正向電流If大于臨界電流Ic時，正向電壓Vf與溫度是負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)a<1;

當(dāng)正向電流If小于臨界電流Ic時，正向電壓Vf與溫度是正相關(guān)關(guān)系,   相關(guān)系數(shù)a>1;

當(dāng)正向電流If等于臨界電流Ic時，正向電壓Vf與溫度變化無關(guān)。

不同工藝的功率二極管的臨界電流Ic不同

對于肖特基，快恢復(fù)和雙極性二極管來說，臨界電流Ic一般較大，因此二極管常常工作在負(fù)相關(guān)區(qū)域；

對于SiC和GaN材質(zhì)的二極管，臨界電流Ic一般較小，因此二極管可能工作在正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)區(qū)域；

對于工作在負(fù)相關(guān)區(qū)域的二極管（a < 1），當(dāng)溫度升高時，二極管的正向壓降Vf降低，導(dǎo)致二極管的導(dǎo)通損耗降低，因此高溫時的損耗小于低溫的損耗。

以SiC二極管CRXU30D120G2為例，臨界電流Ic為10A左右，當(dāng)應(yīng)用在正向電流大于臨界電流的區(qū)域時，溫度越高，正向壓降越大。

以快恢復(fù)二極管為例，由于臨界電流較大，二極管工做在溫度與導(dǎo)通壓降負(fù)相關(guān)區(qū)域，溫度越高，導(dǎo)通壓降越低。

那么功率二極管能否多個并聯(lián)呢？

個人認(rèn)為，并聯(lián)二極管的正向?qū)▔航礦f是相同的。

當(dāng)二極管工作在溫度與正向壓降正相關(guān)的區(qū)域時，一個二極管的溫度升高，流過該二極管的正向電流反而降低，進(jìn)而導(dǎo)致該二極管的損耗降低，溫度降低。因此，此工況下的功率二極管是可以并聯(lián)的。

當(dāng)二極管工作在溫度與正向壓降負(fù)相關(guān)的區(qū)域時，一個二極管的溫度升高，流過該二極管的正向電流增加，進(jìn)而導(dǎo)致該二極管的損耗增加，溫度進(jìn)一步增加。因此，此工況下的功率二極管不可以并聯(lián)的。

功率二極管的伏安特性曲線，可以等效為一個直流電源與電阻的串聯(lián)，等效模型如下：

1.2 開關(guān)特性

在二極管的開通和關(guān)斷過程中，一般存在開通損耗和關(guān)斷損耗；

反向恢復(fù)電荷和反向恢復(fù)時間限制了二極管的最大開關(guān)速度；

肖特基二極管沒有反向恢復(fù)損耗；

下圖為CoolMos內(nèi)部寄生二極管的反向恢復(fù)特性，由圖可知，反向恢復(fù)過程中，Vds的電壓大致分為兩個電壓，trr分為tf和ts兩個過程。

在高溫環(huán)境下，二極管反向恢復(fù)時間trr會變長，反向漏電流Irm也會變大。

反向恢復(fù)電荷Qrr隨著溫度增加而變大。

2、損耗計(jì)算

2.1導(dǎo)通損耗

功率二極管的導(dǎo)通損耗由導(dǎo)通時的平均功率決定，考慮溫度的計(jì)算公式為：

根據(jù)等效模型，可以得到導(dǎo)通損耗的另外一種表達(dá)形式為：

2.2反向恢復(fù)損耗

二極管關(guān)斷時的反向恢復(fù)損耗為：

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