Диоды полупроводниковые. Метод измерения времени обратного восстановления. Простой способ измерения емкости и времени обратного восстановления диода
ГОСТ 18986.8-73
Группа Э29
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ДИОДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
Метод измерения времени обратного восстановления
Semiconductor diodes. Method for measuring reverce recovery time
Дата введения 1975-01-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 13 июля 1973 года N 1723
Изменение N 2 принято Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 3 от 18.02.93)
Зарегистрировано Техническим секретариатом МГС N 1439
За принятие проголосовали:
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Белоруссия | Госстандарт Белоруссии |
Грузия | Грузстандарт |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Республика Молдова | Молдовастандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Туркменистан | Главная государственная инспекция Туркменистана |
Республика Узбекистан | Узгосстандарт |
Украина | Госстандарт Украины |
2. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
3. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
4. Ограничение срока действия снято по протоколу Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 2-93)
5. ПЕРЕИЗДАНИЕ (май 1998 года) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июне 1982 года, июле 1995 года (ИУС 9-82, 10-95)
Настоящий стандарт распространяется на полупроводниковые импульсные и выпрямительные диоды и устанавливает метод измерения времени обратного восстановления.
Общие требования при измерении и требования безопасности - по ГОСТ 18986.0.
Требования разд.4 настоящего стандарта являются обязательными, другие требования настоящего стандарта являются рекомендуемыми.
1. УСЛОВИЯ И РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ
1. УСЛОВИЯ И РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ
1.1. Температура окружающей среды при измерении должна быть в пределах (25±5) °С.
1.2. Прямой ток, обратное напряжение или обратный ток, при которых измеряют время обратного восстановления диода, должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.
1.1, 1.2.
1.3, 1.4. (Исключены, Изм. N 1).
2. АППАРАТУРА
2.1. Принципиальная электрическая схема измерения времени обратного восстановления должна соответствовать указанной на черт.1.
Черт.1
- генератор прямого тока с выходным сопротивлением ; - генератор импульса обратного
напряжения с выходным сопротивлением ; , - выводы; - измеряемый диод;
- измерительное устройство с входным сопротивлением ; - точка земли
2.2. От генератора через измеряемый диод и входное сопротивление измерительного устройства
подают постоянный или импульсный прямой ток в течение времени, достаточного для установления в измеряемом диоде неравновесных носителей заряда, соответствующего протекающему току.
Затем от генератора подают импульс обратного напряжения, запирающий измеряемый диод (при импульсном прямом токе допускается подача постоянного обратного напряжения).
Измерительным устройством измеряют отрезок времени от момента прохождения через нуль тока диода до момента, в который уменьшающийся обратный ток диода становится равным заданному отсчетному значению обратного тока .
Эпюра изображения временных параметров импульсов прямого и обратного напряжений, определяемых при короткозамкнутых выводах и (черт.1), показана на черт.2.
Эпюра тока, протекающего в цепи диода, показана на черт.3.
Эпюра установления обратного напряжения на диоде между точками
и землей
(черт.1) показана на черт.4.
Черт.4
2.1, 2.2. (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
2.3. Генератор
должен обеспечивать подачу через измеряемый диод постоянного или импульсного прямого тока заданного значения, при этом должны выполняться следующие требования:
а) значение прямого тока должно задаваться через диод с погрешностью в пределах ±3% для постоянного прямого тока и в пределах ±10% для импульсного прямого тока;
б) длительность импульса прямого тока должна быть не менее 5 для диода измеряемого типа;
в) неравномерность вершины импульса прямого тока при длительности 5 , отсчитанной от момента подачи импульса обратного напряжения, должна быть в пределах ±5%.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
2.4. Генератор
должен обеспечивать подачу импульса обратного напряжения на измеряемый диод (при импульсном прямом токе допускается подача постоянного обратного напряжения). При этом должны быть выполнены следующие требования:
а) амплитуда обратного напряжения или обратный ток должны быть установлены с погрешностью в пределах ±10%;
б) выходное сопротивление генератора
должно быть таким, чтобы суммарное сопротивление () в цепи для тока обратного восстановления измеряемого диода
соответствовало значению, установленному в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов. Для диодов с <10 нс предпочтительно значение суммарного сопротивления - 100 Ом ± 20%;
в) длительность импульса обратного напряжения от генератора
должна быть не менее 5 при применении осциллографического устройства. При применении других измерительных устройств длительность может быть уменьшена, при этом должно выполняться . Частота импульсов должна соответствовать значению, установленному в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов;
г) неравномерность вершины импульса обратного напряжения при длительности должна быть в пределах ±10%;
д) время нарастания импульса обратного напряжения между уровнями 0,1 и 0,9 его амплитуды, измеряемое при короткозамкнутых выводах и , должно удовлетворять условию .
Время нарастания должно быть определено с погрешностью в пределах ±10%;
е) цепи генераторов
и
могут быть разделены включением разделительного конденсатора на выходе генератора
. При этом емкость конденсатора в фарадах должна удовлетворять условию
2.5. Устройство
должно обеспечивать измерение временного интервала, соответствующего переходному процессу изменения обратного тока диода от момента прохождения им значения нуля до момента спада обратного тока до заданного отсчетного уровня.
Устройство
может быть как осциллографическим, так и безосциллографическим (например, быстродействующий амплитудный дискриминатор), при этом должны быть выполнены следующие требования:
а) время нарастания переходной характеристики измерительного устройства не должно превышать 0,, которое указывается в стандартах или технических условиях (ТУ) на диоды конкретных типов;
б) для обеспечения согласования и достижения необходимой чувствительности измерительного устройства
рекомендуется иметь входное сопротивление измерительного устройства равным 50 Ом (для диодов с <10 нс). Допускается значение в пределах от до , где -
суммарное общее сопротивление цепи переходного обратного тока измеряемого диода, значение которого устанавливают в стандартах или ТУ на диоды конкретных типов;
в) допускается шунтирование сопротивления диодом в такой полярности, чтобы через него протекал прямой ток измеряемого диода, при этом время обратного восстановления шунтирующего диода должно быть менее одной трети значения измеряемого диода;
г) входная емкость измерительного устройства должна удовлетворять условию
д) калибровка шкалы длительностей устройства должна быть обеспечена с погрешностью в пределах ±10%.
2.4, 2.5. (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
2.6. Уровень отсчета тока обратного восстановления и погрешность его определения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов. Распределенная емкость схемы в фарадах между выводами и должна удовлетворять условию
(Измененная редакция, Изм. N 1).
2.7. Индуктивность в контуре, образованном элементами измеряемого диода , , должна быть сведена к возможному минимуму, и ее расчетное значение не должно превышать .
(Измененная редакция, Изм. N 2).
3. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1. Измерение производят следующим образом.
Между выводами и схемы (черт.1) включают измеряемый диод. На диод подают режим измерения (заданный прямой ток и обратное напряжение заданного значения или значения, при котором через диод достигает заданного значения).
По устройству
на заданном отсчетном уровне тока измеряют временной интервал, ограничиваемый переходным процессом обратного восстановления.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
4. ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. Погрешность измерения времени обратного восстановления должна быть в пределах ±25% с доверительной вероятностью 0,997.
(Введен дополнительно, Изм. N 1).
РОССТАНДАРТ
ФA по техническому регулированию и метрологии
НОВЫЕ НАЦИОНАЛЬНЫЕ СТАНДАРТЫ
www.protect.gost.ru
ФГУП СТАНДАРТИНФОРМ
предоставление информации из БД "Продукция России"
www.gostinfo.ru
ФА ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ
Информационная система "Опасные товары"
www.sinatra-gost.ru
Glen Chenier
На днях Линда из отдела снабжения зашла ко мне с проблемой: Лу из конструкторского отдела попросил ее найти замену для диода, сгоревшего в импульсном источнике питания. Чертова штука была маркирована странным номером, расшифровать который не помогло никакое гугление.
На корпусе был узнаваемый логотип изготовителя, но запросить у него справочные данные не представлялось возможным - маркировка типа осталась от давно проданной компании и в последующем никем не использовалась. Оставалось попытаться решить проблему самостоятельно.
По счастью в ЗиПе имелась вторая идентичная деталь, и Лу смог предоставить мне исправный диод того же типа. Теперь мне лишь оставалось выяснить, что же это такое. Обычный выпрямительный диод? Стабилитрон? Диод Шоттки? Какое обратное пробивное напряжение? Емкость перехода? Время восстановления?
Из размеров корпуса DO-41 несложно было заключить, что допустимая мощность составляет один ватт. Не составляло также труда пропустить различные токи и измерить прямое падение напряжения, чтобы убедиться, что это не диод Шоттки. Соединив последовательно несколько источников питания и постепенно увеличивая обратное напряжение (с токоограничительным резистором соответствующего сопротивления на случай достижения пробивного напряжения стабилитрона), я убедился, что это не стабилитрон - по крайней мере, в пределах испытательного напряжения 200 В.
Задача оценки требуемого максимально допустимого обратного напряжения могла быть решена путем первоначальной замены в схеме источника питания проверяемого прибора высоковольтным диодом и последующим измерением падающего на нем напряжения.
Таким образом, неизвестными остаются только емкость перехода C J и время восстановления обратного сопротивления T RR . Это время, в течение которого диод остается в проводящем состоянии после резкой смены прямого напряжения на обратное. Я должен был найти способ измерения этих параметров. И без какого-либо экзотического оборудования, лишь с тем, что необходимо для грубой оценки, другими словами, все, с чем я должен был работать - это функциональный генератор с временем спада 40 нс и 100-мегагерцовый осциллограф.
Измерительная установка была очень простой. На проверяемый диод подавались 5-вольтовые импульсы с таким постоянным смещением, чтобы диод открывался только на время положительных пиков импульсов. Осциллограф, подключенный к обоим выводам диода, синхронизировался отрицательным фронтом импульса генератора. Меняя постоянное напряжение смещения, можно было управлять прямым напряжением и током проводимости диода. Ток проводимости исследуемого диода измерялся по падению напряжения на последовательном сопротивлении 50 Ом.
Первые, что требовалось сделать - оценить работоспособность измерительной установки. Насколько адекватно эти доморощенные испытания отражают реальные характеристики диодов? Это было проверено путем измерений нескольких диодов с известными параметрами и сравнения результатов с информацией из технической документации. Я протестировал следующие диоды, и нашел результаты весьма интересными:
- - используемый в повседневной практике стандартный выпрямитель с указанным значением C J = 15 пФ и неизвестным T RR ;
- - быстродействующий переключающий диод с указанными значениями C J = 4 пФ и T RR = 8 нс;
- - сильноточный выпрямительный диод с быстрым восстановлением и указанными значениями C J = 300 пФ и T RR = 200 нс;
- Загадочный объект.
Для удобства сравнения масштаб по оси времени для всех осциллограмм выбран одинаковым и равным 100 нс/дел.
Это наглядно демонстрирует, насколько хорошо стандартный выпрямительный диод подходит для частоты 50 или 60 Гц, где постепенное плавное изменение обратного смещения происходит за время, намного превышающее T RR . Но вы можете видеть, что в режиме резких переключений диод становится виртуальным коротким замыканием на значительную часть периода. Нехорошо.
Теперь давайте, сравним предыдущие результаты с диодом 1N4148.
 |
|
| Постоянное смещение и амплитуда импульса установлены такими, чтобы через открытый 1N4148 протекал ток, предельный для используемого генератора. 50-омный согласующий резистор на входе испытываемого диода был на время удален, чтобы получить максимальный прямой ток 100 мА, однако даже при таких условиях обратный ток был настолько мал, что измерить его не представлялось возможным. Обратите внимание, что для этой осциллограммы масштаб по вертикали был временно изменен на 5 В/дел. |
Небольшое время T RR делает диод пригодным для использования в сильноточных переключающих схемах, но даже при этом одним из факторов, ограничивающих рабочую частоту, будет то, как быстро диод выходит из состояния проводимости. Обойти это ограничение можно заменой диодов синхронно управляемыми МОП-транзисторами.
И, наконец, мы возьмем неизвестный диод.
Как и в предыдущем опыте, неизвестный диод испытывался при предельном выходном токе генератора. Прямой и обратный токи одинаковы и равны 100 мА. Масштаб по вертикали на время был увеличен до 5 В/дел. Время восстановления обратного сопротивления осталось равным 200 нс.
Опираясь на проведенные измерения, можно было заключить, что хорошим выбором для замены неизвестного диода с быстрым восстановлением могут быть UF4004 или UF4007. Я попросил Линду приобрести оба и предложить Лу первым испробовать 1000-вольтовый UF4007, чтобы, измерив падающее на нем обратное напряжение, определить, можно ли там использовать 400-вольтовый , чья вольтамперная характеристика ближе к неизвестному диоду.
Когда диод закрывается, сохраненный в нем заряд должен разрядиться, это приводит к росту тока диода в обратном направлении. Кривая этого тока характеризует режим обратного восстановления диода.
На рис.1.19 показана простейшая цепь для измерения режима.
Рис. 1.19
S - идеальный ключ, I L - источник тока, V K - источник напряжения, L K - индуктивность
После закрывания ключа S, через диод будет протекать ток и напряжение, как это показано на рис.1.20. Этот график служит примером мягкого восстановления диода. На рис.1.21 показаны примеры характеристик диодного тока с резким изменением параметров. Кривая поясняется рисунком 1.20.
Рис.1.20 Характеристики тока и напряжения процесса «мягкого» восстановления диода в цепи на рис.1.19 и определение характеристик режима восстановления
Скорость коммутации dI/dt определяется напряжением и индуктивностью:
- (dI/dt) = (V k /L k) (1.1)
В момент t 0 ток проходит через ноль. В момент tw диод начинает закрываться. При этом pn-переход диода освобождается от носителей заряда. При t irm ток падает до уровня тока утечки, характеристика тока зависит только от диода.
Время обратного восстановления t rr определяется интервалом между t 0 и моментом, когда ток достигает значения 20 % от I RRM . Интервалы t f и t s (рис.1.20) определяются количественными значениями для режима восстановления:
коэффициент «мягкости» s = t f / t s (1.2)
Этого определения недостаточно, потому что характеристика на рис.1.21а может быть резкой. Характеристику на рис.1.21b можно классифицировать как мягкую, t f > t s , но это жесткий срез.
Рис. 1.21. Характеристики тока для двух режимов быстрого восстановления диода
Более точно можно найти коэффициент «мягкости»
Измерения нужно проводить при токе менее чем 10 % и при 200 % установленного тока. Это означает, что малые токи очень влияют на режим обратного восстановления. Перенапряжения можно найти по закону:
V ind = - L k · (dI r /dt) max (1.4)
Поэтому перенапряжения при некоторых условиях измерения или импульс напряжения V M = V K + V ind могут также рассматриваться как характеристики режима обратного восстановления. Но этого определения также недостаточно, так как не учитываются следующие параметры:
- Температура. Высокие температуры оказывают негативное воздействие на режим восстановления. Но для некоторых быстрых диодов этот режим хуже при температуре окружающей среды или при низких температурах.
- Приложенное напряжение. Высокое напряжение замедляет обратное восстановление.
- Скорость нарастания тока dI/dt. Зависимость dI/dt во многом зависит от производителя диодов. Некоторые диоды реагируют более мягко на увеличение dI/dt, другие - более жестко.
Все эти факторы можно не суммировать при одном простом расчете. Поэтому схема на рис.1.19 и соотношения (1.2) или (1.3) применимы только для пояснения влияния какого-либо параметра на режим переключения. Общая оценка режима обратного восстановления может быть произведена только для определенного режима работы диода в схеме. Такая измерительная цепь приведена на рис.1.22.
Рис. 1.22
Рис. 1.23
Пока через IGBT проходит импульсный обратный ток IRPM, напряжение на IGBT все еще равно напряжению V k (1200 В на рис.1.24а). При этом потери мощности включенного состояния максимальны для IGBT.
Характеристику обратного восстановления диода можно разделить на две части:
- Возрастание обратного импульса тока и соответственно обратного падения тока со скоростью dI r /dt. dI r /dt находится в пределах dI/dt насколько это позволяет диод. Импульсный обратный ток IRPM воздействует на ключ.
- «Хвост», при этом обратный ток медленно снижается до нуля. Здесь нельзя определить t rr . Основные потери мощности диода возникают в «хвосте», когда напряжение уже приложено к диоду. Быстрый диод без хвостового тока обеспечит меньшие потери коммутации, но может быть непригодным в работе. В IGBT потери при коммутации в этой фазе не столь высоки, так как в этот момент приложенное напряжение уже уменьшилось.
По сравнению с потерями в IGBT, при работе потери в диоде меньше (потери при коммутации в диоде на рис.1.24а приводятся в том же масштабе, что потери в IGBT на рис.1.24b). Для максимального уменьшения потерь в IGBT и в диоде необходимо учесть малый импульс обратного тока и большую часть сохранившегося заряда, который был разряжен в хвостовой фазе. Предел этого - максимальная рассеиваемая мощность диода.
Рис. 1.24. Ток, напряжение и потери мощности при включении IGBT (а) и выключении диода (b), которые были измерены в схеме на рис.1.22
Импульсный обратный ток восстановления IRPM - наиболее важный параметр диода, влияющий на общие потери, поэтому его необходимо минимизировать.
V(t) = - Vk - L q ges · (dI r /dt) + V CE(t) (1.5)
На рис.1.25 приведен пример режима восстановления по этому способу. При этих условиях перенапряжения в CAL-диодах сравниваются с диодами, время жизни носителей заряда в которых устанавливается платиновой диффузией, CAL-диоды работают с мягкими условиями восстановления за счет уменьшенной эффективности р- эмиттера. Диоды с платиной становятся такими же «мягкими», как и CAL-диоды при номинальном токе (75 А).
Но меньшие токи вызовут максимальные перенапряжения, более 100 В при 10 % номинального тока из-за быстрых параметров переключения. Но в CAL-диодах не будет значительных перенапряжений при любых условиях.
Рис. 1.25. Выброс напряжения при коммутации в зависимости от прямого тока диода
Все дальнейшие объяснения в этом руководстве основаны на следующем определении: Диод работает в режиме мягкого восстановления, если при любых параметрах в схеме не возникает перенапряжений, вызванных спадом обратного тока диода. Любые параметры - это номинальный диапазон токов, все частоты коммутации схемы при температуре от -50°С до +150°С. Это определение верно, если dI/dt не слишком высоко (> 6 кА/мкс) или в схеме достаточно большая индуктивность (> 50 нГн), что также может вызвать выбросы напряжения.
Не менее важным требованием к обратным диодам на напряжение от 100 В (несмотря на мягкий режим коммутации) является динамическая устойчивость. На рис.1.24b показано, что пока через диод протекает хвост тока, к нему приложено почти все входное постоянное напряжение. Если IGBT переключается очень резко (малое сопротивление затвора RG), будут расти обратный и хвостовой токи, вместе с которыми уменьшается напряжение VCE на IGBT, которое коммутирует диод с большей скоростью dV/dt. Плотность проводящих ток носителей заряда (дыр) поэтому будет выше исходной плотности, вследствие чего произойдет пробой в полупроводнике при напряжении, намного ниже обратного уровня (динамический пробой). Для управления этими процессами существует характеристика динамической устойчивости обратных диодов. Динамическая устойчивость определяется следующим образом:
Динамическая устойчивость - способность диода выдерживать высокие скорости коммутации di/dt и высокие напряжения в одно и тоже время.
Если диод имеет незначительную динамическую устойчивость, ограничивает di/dt IGBT или работает только с максимальным обратным выбросом тока, допускается увеличение потерь на переключение.
в полумостовых и мостовых схемах
Дополнение к книге
"Силовая электроника для любителей и профессионалов"
М.СОЛОН-Р 2001 г. "Анализируя формулу для Рпер, приведенную на стр.92, я пришел к выводу, что на конечный результат оказывает сильное влияние Qrr. Предположив, что у меня плохой ПТ, я обратился к электронной документации International Rectifier и обнаружил следующее: для разных типов ПТ приводятся конкретные значения Qrr, приблизительно равные 6 мкКл, в то время как в перечне принятых сокращений этой же документации Qrr упоминается в нКл. Не хотелос бы считать "нКл" правдой только потому, что в такой размерности мощность переключения ПТ оказывается правдоподобной".
Стрыгин М.А., г.Краснодар
Замечено абсолютно верно: коммутационные потери в полумостовых и мостовых схемах в значительной степени зависят от характеристик оппозитных диодов, имеющихся в транзисторах MOSFET. Характеристики этих диодов в части заряда обратного восстановления Qrr, а значит и времени обратного восстановления trr, оставляют желать лучшего - примерно таких параметров, какие имеют диоды HEXFRED. Как было сказано в книге, фирмы-производители электронных компонентов пытаются разными технологическими приемами улучшить характеристики обратного восстановления оппозитных диодов, и им это в какой-то степени удается. Но окончательно исключить эти потери не получается, поэтому здесь мы подробно рассмотрим механизм формирования этих потерь.
Для сравнения в таблицу 1 сведены характеристики обратных диодов некоторых наиболее распространенных на отечественном рынке транзисторов MOSFET, а в таблицу 2 - характеристики диодов HEXFRED.
| Таблица 2 | |||||
| Тип HEXFRED | If, А | Ifm, А | Ufm, В | trr, нс | Qrr, нКл |
| HFA06TB120 | 8,0 | 80,0 | 3,0 | 80 | 320 |
| HFA08TB60C | 8,0 | 60,0 | 2,1 | 55 | 138 |
| MUR1020CT | 5,0 | 50,0 | 1,2 | 25 | 88 |
| HFA30PB120 | 30,0 | 120,0 | 3,0 | 135 | 675 |
| HFA70NH60 | 100,0 | 400,0 | 1,5 | 120 | 900 |
Обозначения в таблицах:
Is, If - номинальный постоянный прямой ток;
Ism, Ifm, - максимальный неповторяющийся пиковый ток;
Usd, Ufm - падение напряжения в открытом состоянии;
trr - время обратного восстановления;
Qrr - заряд обратного восстановления.
Приведенный в таблице 1 транзистор типа IRF740 достаточно часто используется в современных источниках питания, в том числе в источниках полумостового и мостового типа, так как выпускается давно. Рассчитаем мощность, выделяющуюся на этапе обратного восстановления его оппозитного диода при работе в полумосте. Согласно формуле, приведенной на странице 92, она составляет:
Мы пошли на упрощение и не стали учитывать мощность, выделяющуюся при переключении, а также статические потери на сопротивлении транзистора в открытом состоянии. Нетрудно подсчитать, что при питании напряжением 310 В и частоте 20 кГц мощность, выделяющая при обратном восстановлении, составляет 25 Вт при допустимой мощности рассеяния 125 Вт. С повышением частоты мощность обратного восстановления растет, что представляет собой серьезное препятствие для повышения рабочей частоты преобразователей.
Создается впечатление, что потери обратного восстановления не отрегулировать никакими схемотехническими методами, кроме снижения частоты переключения и понижения напряжения, при котором происходит обратное восстановление - в расчетной формуле более нет параметров, которые так или иначе могут этому способствовать. Следовательно, нужно выбирать транзистор с максимально улучшенными показателями заряда обратного восстановления, или проектировать большой радиатор, что, конечно, далеко не всегда доступно.
Если подойти к анализу ситуации немного глубже, то окажется, что заряд обратного восстановления (и, соответственно, время обратного восстановления) - величины непостоянные. Но чтобы понять, почему это так, давайте проанализируем процесс появления этих потерь в полумостовых и мостовых схемах.
Наиболее характерный случай, когда транзисторы работают в так называемом "тяжелом режиме переключения", является коммутация большой индуктивной нагрузки (пример - обмотка электрического двигателя). В этом случае длительность открытого состояния "верхнего" и "нижнего" ключевых элементов полумоста и моста могут быть неравными, и в предельном случае открывающие импульсы одного из элементов вообще исчезают. К примеру, если коммутируется только "верхний" ключ, схема превращается в "чоппер", а роль разрядного диода, поддерживающего индуктивный ток, выполняет оппозитный диод "нижнего" ключа. В чоппере разрядный диод выбирается специально, здесь же свойствами диода управлять нет возможности - какой диод есть, такой есть. Что происходит в этом случае, подробно описано в главе "Подводные камни коммутационных процессов". Именно эти потери учитываются формулами на стр.92 книги.
В случае работы мостов и полумостов в инверторах и преобразователях напряжения ситуация описывается несколько сложнее. Поскольку ток в первичной обмотке трансформатора меняет свое направление, причем управляющие импульсы симметричны, и ситуация "тяжелого переключения" не возникает, поскольку вслед за открыванием обратного диода открывается и транзистор, шунтированный этим диодом. Ток в индуктивности "разворачивается". Конечно, необходимо учитывать этот прямой ток через диод, так как он выделяет на диоде мощность в виде тепла.
А теперь вернемся к "тяжелому переключению" транзисторов и рассмотрим процесс обратного восстановления по документации фирмы International Rectifier. Фирма приводит достаточно мало информации по параметрам оппозитных диодов. Поэтому придется изучить этот процесс на примере HEXFRED диодов, учитывая, что процессы обратного восстановления диодов качественно похожи. Итак, график обратного восстановления диода, приведенный на рис.2
, был достаточно подробно рассмотрен в книге.
Еще один интересный график (рис.4 ) отражает скорость спадания тока восстановления в зависимости от изменения прямого тока. Таким образом, чем меньше скорость изменения прямого тока, тем меньше площадь под кривой на рис.2 - тем меньше заряд обратного восстановления.
Литература
1. А.И.Колпаков "В лабиринте силовой электроники" СПб, 2000 г.
2. под ред.В.В.Токарева "Силовые полупроводниковые приборы" Воронеж, 1995 г. (по материалам фирмы International Rectifier".
3. S.Clemente, B.Pelly "Преобразователь для управления скоростью двигателя, использующий параллельно соединенные мощные MOSFET", AN-941B, International Rectifier.
4. HFA06TB120 "Ultrafast Soft Recovery Diode". PD -2.382 rev. C 01/2000. International Rectifier.
