功率二极管主要类型及使用要点

  根据功率二极管的开关速度可分为普通整流二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管和肖特基二极管。下面分别阐述各自特点和应用场合，并导论与IGBT及其他晶体管之间的配合使用问题。关于功率二极管的结构特性及工作原理可参考相关文章功率二极管结构与原理与功率二极管特性及参数。
1普通二极管
普通二极管(General Purpose Diode)又称整流二极管(Rectifier Diode)，多用于开关频率不高(1KHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5uS以上，这在开关频率不高时并不重要，在参数表中甚至不列出这一参数。但其正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。
2快恢复二极管
二极管由反向阻断转变为正向导通的过程称之为正向恢复，由正向导通转变为反向阻断的过程称之为反向恢复。由于恢复时间特别是反向恢复时间的存在，限制了二极管的工作频率，也增加了二极管的动态损耗，在一些应用电路中，还造成电力电于开关器件承受极大的浪涌电流和浪涌电压。因此，快速恢复二极管成为实现电力电子装置高频化的一个重要器件。
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短（一般在5uS以下）的二极管被称为快恢复二极管（Fast Recovery Diode-FRD），简称快速二极管。工艺上多采用了掺金措施，结构上有的采用PN结型结构，也有的采用对此加以改进的PiN结构。特别是采用外延型PiN结构的所谓的快恢复外延二极管(Fast Recovery Epitaxial Diodes-FRED)，其反向恢复时间更短(可低于50ns)，正向压降也很低(0.9V左右)，但其反向耐压多在1200V以下。不管是什么结构，快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20-30ns。
通常把trr较短的恢复过程称为硬恢复，把较长的恢复过程称为软恢复，并定义反向恢复特性的软度(Softness)或快捷度(Snappiness)。
一般二极管trr=2~10uS可用于高频整流，小于1uS可适配双极型器件或IGBT应用于逆变电路。用外延法制造的二极管trr可小于50ns，被称为超快恢复二极管。
3肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode-SBD)，简称为肖特基二极管。肖特基二极管在信息电子电路中早就得到了应用，但直到20世纪80年代以来，由于工艺的发展才得以在电力电子电路中广泛应用。与以PN结为基础的电力二投管相比，肖特基二极管的优点在于：反向恢复时问很短(10-40ns)，正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。
功率二极管使用要点：
1.正向恢复过程的影响
         1）二极管的正向恢复过程常常被忽视，在下图中作为缓冲二极管使用时，若U_FP过大使VD5不能迅速导通，则缓冲电路失去了作用。 2)由于耐压较高的二极管比耐压较低的二极管正向UFP高、TFE也长，因此在低压高频整流电路中，尽可能使用低耐压的二极管，以避免过长正向恢复过程限制了电路的输出。
2反向恢复过程的影响
1)高频整流电路中，在反向恢复时间内二极管反向导通会造成有负电压波形输出，这使整流输出电压平均值下降。例如在工作频率为20kHz的整流电路中，使用trr为5uS的二极管，则会使输出电压平均值下降约10%。
2)在带感性负载的半桥电路中（见下图），续流二极管的压向恢复电流会流过刚开通的开关器件（如IGBT），造成大的反向恢复浪桶电流。续流二极管的硬恢复又会使与之并联的开关器件承受大的关断浪涌电压。因此应选用trr小，又有一定软度的所谓较快恢复二极管作高频开关的续流二极管。 3)二极管串联使用时，其反向阻断时的动态均压基本上取决于反向恢复特性(Irr、Qrr和trr)的一致性。必须采用各个二极管并联电容器等动态均压措施，否则因trr小而先恢复的二管瞬间将承受串联总电压。
4)即使是快恢复二极管，其恢复期间造成的功率损耗也不应被忽略，在不同电路中损耗大小不同，但计算二极管总损耗时都应予以考虑。