通常,5~20A的快恢复二极管采用TO-220FP塑料封装,20A以上的大功率快恢复二极管采用顶部带金属散热片的TO-3P塑料封装,5A一下的快恢复二极管则采用DO-41,DO-15,或D0-27等规格塑料封装。

传统的快速整流二极管使用掺金或铂的外延片以控制载流子寿命,但这些二极管表现出了以下的技术缺点:

1.正向电压降Vf随着温度的升高而降低;

2.高温下漏电流大;

3.高温下快速di/dt时开关不稳定。

有一种二极管称为SONIC二极管,其反向恢复时间比较长,约0.2~0.4μs,软度因子在0.7左右。在制造中除了采用平面结终止结构,玻璃钝化并有硅橡胶保护外,还采用了从硅片背面进行深扩散磷和控制轴向寿命抑制因素,使快速二极管的反向恢复电流衰减较慢,具有反向“软恢复”特性,防止在高频应用时在硬关断过程中产生过高的反向尖峰电压,保护了开关器件及其二极管自身。该二极管在整个工作温度范围内性能稳定,并且对于温度的变化正向电压降的变化可以忽略不计。该二极管是为高频应用设计的,在高频应用时稳定可靠。

新的快速软恢复二极管-SONIC二极管系列克服了这些缺点,它们的优点为:

1.并联二极管工作时正向电压降Vf与温度无关;

2.阻断电压稳定,漏电流比掺金和铂的小;

3.快速软恢复二极管在高温下反向漏电流从 25℃到125℃比掺铂FRED少50%。

SONIC二极管采用磷深扩散和轴向寿命抑制因素,电压从600V至1800V,如图1所示。在硼中受控的轴向寿命抑制因素用来控制区域1中空穴的发射效率。区域2所示的软N区为软恢复提供了额外电荷。空穴的较低的发射效率使得器件的正向电压降对温度不太敏感,这有利于二极管并联工作,并且在高温时开关损耗最小。利用电子辐照作为附加的标准寿命抑制因素,二极管的软度可以得到进一步控制。

SONIC软恢复二极管的技术优势及应用分析

图1 SONIC软恢复二极管的寿命控制

该二极管恢复波形异常的平滑没有振荡,所以电磁干扰EMI值非常低。这种软恢复二极管不仅导致开关损失减少,而且允许去除二极管的并联RC缓冲器。采用轴向寿命抑制因素可以得到最佳性能的二极管。

电力电子学中的功率开关器件(IGBT、MOSFET、BJT、GTO)总是和快速二极管相并联,在增加开关频率时,除传导损耗以外,功率开关的固有的功能和效率均由二极管的反向恢复特性决定。所以对二极管要求正向瞬态压降小,反向恢复时间断,反向恢复电荷少,并且具有软恢复特性。