IGBT模块参数详解四-二极管参数

该部分描述IGBT模块中反并联续流二极管的电气特性。当功率二极管外加电压由反向突然变为正向时，由于PN结两端要建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成，因此正向电流的建立要稍微滞后于外加电压，但这个滞后时间很短，常可忽略不计。
当功率二极管外加电压出正向突然变为反向时，由于PN结导通时其两端存在的电荷梯度，使PN结上存储有一定数量的存储电荷，PN结由导通转换为截止时必须将这些电荷释放出去，所以会有较大的反向瞬间电流产生。随着存储电荷的消散，这个反向电流迅速衰减至反向饱和电流Is，PN结进入反向阻断状态。功率二极管从外加反向电压到进入反向阻断状态这段过渡过程时间称为反向恢复时间trr。依据反向恢复时间trr的长短，功率二极管可分为普通型、快恢复型和超快恢复型。反向恢复时间trr的值越小，二极管的工作频率上限就可以越高。
功率二极管的主要参数：
 (1)正向平均电流I_fav。I_fav指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下，允许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值I_fav。也称为二极管的额定电流。
正向平均电流I_fav是按照电流的发热效应而定义的，如果实际使用中，功率二极管上的电流并非正弦半波电流，则应根据发热效应相等原则，即有效值相等的原则来选择功率二极管。对于正弦半波电流，其平均值与有效值之间的关系为 故应按照流过功率二极管的实际电流波形有效值，以其有效值等于1.57I_fav的关系选择功率二极管。
(2) 正向电流I_F特性
I_F：二极管正向导通电流，续流二极管在规定的结温范围内，从阳极流向阴极的最大电流。
I_E：在内置续流二极管可使用的结温范围内，从发射极流向集电极的最大允许直流电流。
二极管最大允许正向导通电流可以由下式进行标定。为了给一个IGBT模块制定二极管电流等级，需要规定相应的结和壳的温度，如下图所示。抛开温度条件的限定，额定电流能力是没有技术意义的。考虑一定的误差，式中VF的值用最大值来计算二极管额定直流电流，以保证额定电流规范。 下图描述了二极管在不同的结温下典型正向偏置特性，由于少子器件的特性，可以观察到二极管正向压降的负温度效应。因此，二极管导通损耗随着温度的升高而降低。 (3) 正向重复峰值电流
I_FRM：续流二极管峰值电流，最大允许的集电极峰值电流。
二极管常规额定电流可以在短时间内被超过。规格书定义了在规定的脉冲宽度条件下可重复的峰值电流值，如下图所示。如果规定了过流时间，理论上该值可以由允许消散功耗及瞬态热阻抗Zth计算得到。然而该理论值并没有将绑定线、BUS-BAR及功率连接器等因素考虑进去。 (4) 二极管正向压降V_F
V_F是在流过正向额定电流时，二极管两端所产生的电压降，通常V_F在1.0V-2.0V之间。显然，正向电压降V_F越小的二极管对功率的损耗就越小。
V_F的定义类似于IGBT饱和压降，规格书规定了Tj=25度及120度条件下的额定值，可用来计算二极管的通态损耗。
区别于常规二极管，英飞凌的一些二极管在超过某一电流值时表现出正温度效应，有利于并联应用的均流。 (5) 浪涌电流能力I²t
I²t定义了二极管的浪涌电流能力，二极管实际应用的I²t值应小于手册值，且持续时间tp应该不超过10ms，如下图所示 通常根据I²t的值来选择输入熔断器，熔断器的I²t应该小于二极管的I²t，响应时间应该小于10ms，否则需要将额使用。
手册规定了125度下的I²t，如果规定25度下，则I²t的值会很大。根据I²t的值，我们可以判定二极管电流能力。