按捺功率二极管反向康复几种计划的比较

  高频功率二极管在电力电子设备中的使用极端广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状况进程中，存在反向康复现象。这会引起二极管损耗增大，电路功率下降以及EMI添加等问题。这一问题在大功率电源中更杰出。常用RC吸收、串入饱满电抗器吸收、软开关电路等开关软化办法加以处理，但关于其作用比照的研讨报导尚不多见。本文以Buck电路为例，对这几种计划进行了比较，经过实验及仿真得出有用的定论。

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  二极管在电力电子设备中的使用极端广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状况进程中，存在反向title=康复>

  康复现象。这会引起二极管损耗增大，电路功率下降以及EMI添加等问题。这一问题在大功率电源中更杰出。常用RC吸收、串入饱满电抗器吸收、软开关电路等开关软化办法加以处理，但关于其作用比照的研讨报导尚不多见。本文以Buck电路为例，对这几种计划进行了比较，经过实验及仿真得出有用的定论。

  以一般PN结二极管为例，PN结内载流子因为存在浓度梯度而具有分散运动，一起因为电场作用存在漂移运动，两者平衡后在PN结构成空间电荷区。当二极管两头有正向偏压，空间电荷区缩小，当二极管两头有反向偏压，空间电荷区加宽。当二极管在导通状况下突加反向电压时，存储电荷在电场的作用下回到己方区域或许被复合，这样便发生一个反向电流。

  为处理功率二极管反向康复问题已呈现了很多种计划。一种思路是从器材自身动身，寻觅新的资料力求从底子上处理这一问题，比方碳化硅二极管的呈现带来了器材革新的曙光，它简直不存在反向康复的问题。另一种思路是从拓扑方面动身，经过添加某些器材或辅佐电路来使功率二极管的反向康复得到软化。现在，碳化硅二极管没有很多进入有用，其较高的本钱限制了遍及使用，很多使用的是第二种思路下的软化电路。本文以一个36V输入、30V/30A输出、开关频率为62.5kHz电路（如图1所示）为例，比较了几种开关软化办法。

  这是处理功率二极管反向康复问题的常用办法。在高频下作业的功率二极管，要考虑寄生参数。图2(a)为电路模型，其间D为抱负二极管，Lp为引线电感，Cj为结电容，Rp为并联电阻（高阻值），Rs为引线电阻。RC吸收电路如图2（b）所示，将C1及R1串联后并联到功率二极管D0上。二极管反向关断时，寄生电感中的能量对寄生电容充电，一起还经过吸收电阻R1对吸收电容C1充电。在吸收相同能量的情况下，吸收电容越大，其上的电压就越小；当二极管快速正导游通时，C1经过R1放电，能量的大部分将耗费在R1上。

  这是处理这一问题的另一种常用办法，如图2（c）所示。一般铁氧体(Ferrite)磁环和非晶合金(Amorphous)资料的磁环都可以做饱满电抗器。依据文献[1]，用饱满电抗器处理二极管反向康复问题时，常用的锰锌铁氧体有作用，可是能量丢失比非晶资料大。跟着资料技能的发展，近年来非晶饱满磁性资料功能有了很大进步。本文选用了东芝公司的非晶资料的磁环(类型：MT12×8×4.5W)绕2匝作饱满电抗器。

  对应图3（a）和图3（b），第Ⅰ阶段经过D0的电流很大，电抗器Ls饱满，电感值很小；第Ⅱ阶段当二极管电流开端下降时，Ls仍很小；第Ⅲ阶段二极管电流反向，反向康复进程开端(trr为反向康复时间)，Ls值很快增大，title=按捺>

  按捺了反向康复电流的增大，这样就使电流变成di/dt较小的软康复，使二极管的损耗减小，一起按捺了一个重要的噪声源；第Ⅳ阶段二极管反向康复完毕；第Ⅴ阶段二极管再次导通，因为电流增大，Ls很快饱满。

  Lm与漏感Lk被线开关S关断，S的寄生电容Cp被充电，该进程很短，可近似看作线及Db均导通，如图4(c)所示。阶段4二极管D0中的电流在漏感Lk的作用下逐步下降为0，如图4(d)所示。阶段5开关S导通，如图4（e）所示，支路二极管Db中的电流持续下降，在S关断前下降为0。图4(c)中D0导通，

  从图5波形中可以正常的看到，二极管反向康复的电压毛刺减小，阐明3种计划对二极管反向康复均有按捺的作用。用RC吸收电路尽管按捺了二极管反向康复，但反向康复的电压毛刺与振动还清楚明了。选用软化电路后如前剖析，理论上反向康复电流应该降为零，但因为电路中杂散参数的影响，二极管关断进程中电压波形还有振动。串入饱满电抗器对二极管反向康复按捺作用最好。

  碳化硅的推行使用或许是二极管反向康复问题的底子处理途径。现在主要是选用RC吸收电路。串联饱满电抗器以及软化电路也是按捺二极管反向康复的有用计划。理论剖析和实验证明，串联非晶饱满电抗器最为简略有用，有望得到进一步推行。