快速，超快，软，标准，肖特基：选择正确的整流器

这是覆盖不同类型的电源整流器，静态和动态特性的两部分产品系列的第2部分，以及电路设计人员需要了解的是适当的选择。该第二文章是进入整流器的速度相关恢复特性的更深潜水，以及这种动态行为如何对放置整流器的电路具有显着影响。

介绍

理想二极管的概念可以欺骗设计师忽略指定正确的电源整流器以满足他/她的电路设计的性能要求的重要性。远离简单的“单向阀门，”现实世界整流器呈现了一系列电路影响特征参数。

在这个由两部分组成的系列文章中，我们将探索这些参数如何定义整流器的类型并推动整流器技术的发展。在这个过程中，我们将获得必要的理解，为我们的设计项目做出明智的选择。

这里有两部分，我们探讨了定义“软”恢​​复beplay体育下载不了和“向前”恢复的动态行为，然后我们比较肖特基障碍与PN结整流器的动态行为。我们还将快速查看上世纪整流技术的进展。

在继续之前，请先阅读系列文章的第一部分:快、超快、标准、软、肖特基:哪种整流器适合你的电源电路?

快速或超快地行驶——你如何放慢速度?

在本文系列中的一部分中，我们审查了对整流器很重要的静态（稳态）参数，然后讨论了定义整流器的动态参数的关键：T_rr.。我们学会了如何_rr.指定整流器停止执行时的速度如何从高前进电流操作切换到反向偏置条件。我们了解到，这种反向恢复参数T_rr.，是如何定义整流器，如快速，超快或标准恢复。

现在我们将了解到，重要的不仅是复苏的速度，还有我们刹车的速度有多快。

柔软的？软恢复是什么意思？

从本文的上半年，您已经获得了对反向恢复的理解，以及为什么恢复速度很重要。但是我们的意思是什么“柔软的”恢复？

根据JEDEC标准号JESD282B.01，电源整流器“可具有两种类型的恢复特性中的任何一种。在反向电流达到其峰值之后......它可以立即或短时间后来在突然的（突然恢复）非常突然（突然恢复），或者它可能会缓慢且平滑地减小其稳态反向阻挡值（软恢复）。“

为了更直观地理解我们所说的“软复苏”是什么意思，以及它为什么重要，让我们探索一个粗略的类比beplay体育下载不了速度（V.)代替当前的（一世）。假设您正在考虑一个蹦极从地面500英尺的结构跳跃，进一步假设您提供了两种选择来逮捕您的暴跌，朝地球延伸：100英尺长的僵硬绳索或者100英尺长的适当弹性摇床。两者都会阻止你的身体击中地面。

但是，选择无弹性的绳子，由于d很高，当然会导致灾难性的，甚至是致命的结果V./ dt改变你的速度，因为绳子在秋天结束时突然变得绷紧。当然，你会选择弹性蹦极，因为这将在d时呈现返回零速度V./dt更有可能存活。

同样高的dV./ dt减速会通过冲击力损坏物理系统（因为力= m（dV.))，高的dI/dt电流会在有电感的电路中引起高电压峰值，因为电压= L(dI/dt)。(任何真实的电路都会有一些电感，即使它只是寄生电感。)

让我们重新审视我们的JEDEC T._rr.波形，并比较软性恢复和突然恢复:

柔软与突然恢复波形（从JEDEC标准No.JESD282B.01，图6.1）调整和重新绘制的图像。

乍一看，我们可能会想到我们可以将我们的恢复特征的“柔软性”定义为t的简单比率_RRR.到了_rrf.。我们可以看出，对于这两个示例波形中的突出二极管，软二极管（例如，〜1/3或〜0.33）和大（例如，〜3/1或3）的大（例如，〜3/1或〜3）很小。要确定，压缩当前从我恢复的时间_{R M}必然会让它更突然，所有其他东西都保持不变。

但是，让我们看看两个更反向的恢复波形，这些都具有t_RRR./ T._rrf.比率与我们的软复苏示例密切相关：

另外两个突然恢复波形的例子（从JEDEC标准号JESD282B.01调整的图像，图6.1）

你可以从最后两个波形中看到一个简单的t_RRR./ T._rrf.ratio忽略了关键的物理点:曲线的斜率，dI/dt，这才是关键!

因此，JEDEC标准定义了一个撤销经济复苏疲软因素（RRSF）对于整流器，作为“T中的最大绝对大小的比率”_RRR.在t中_rrf.地区。”

To stretch the bungee analogy a little further (no pun intended), some manufacturers term this ratio the “snap factor,” and values considered “soft” for ultrafast rectifiers would typically be represented by numbers larger than 0.5 (i.e., 1/2).

在查看整流器数据表时，请注意Tbeplay无法取钱_RRR.和T_rrf.经常被注释为“t_一种“ 和T_B.,”分别;尽管这是过时的表示法，但在许多最近的数据表中仍然可以找到它。beplay无法取钱

转发恢复

在开始时，我们说有两种类型的恢复。我们已经在某种程度上讨论了反向恢复，但让我们不要忘记谈论其他类型：正向恢复。

返回理论上理想二极管的概念，这种装置当然，在没有任何电阻或正向电压的情况下导电电流降低阳极相对于阴极变为正的瞬间。然而，与反向恢复一样，PN结在相反的偏置条件下建立自身所需的有限时间。外部电场必须有时间将载体注入耗尽区（使接线进入正向偏置条件）。

向前恢复定义为二极管跨越定义级别的电压所需的时间，接近其稳态V_F值，当施加一个突然的正向电流脉冲时。直到二极管到达终点提出恢复时间，T._fr，电压降可能短暂爬到V._纳，其稳态v的数量很多_F价值。

下图已经改编和重新绘制了JEDEC标准No.JESD282B.01，图5.13。

JEDEC前向恢复波形

但是，为了恢复到一个问题，整流器必须执行的电路将必须呈现每个微秒的至少数十的AMPS的DI / DT。然而，存在具有显着的示例的难以驾驶二极管（AKA反激二极管，夹紧二极管，缓冲器）的应用。

肖特基整流器

此时，我们需要讨论肖特基整流器的恢复特征。最简单的条款，没有！至少如果我们定义反向恢复，因为当时收费载波的结清除所需的时间 - 以及重新建立和扩展的耗尽区。

到目前为止，我们一直在讨论硅PN结整流器的恢复特性。这些恢复特性是由于PN半导体结的物理学。然而，肖特基整流器行为不是基于PN结。相反，它的矫正能力基于肖特基势垒连接（有时称为金属硅结）。

与PN结不同，肖特基交界处没有耗尽区。因此，肖特基整流器可以有典型的t_rr.对于某些适度电流设备的10ns或更少的值。使用肖特基整流器，切换可以基本上被认为是瞬间的，唯一的延迟来自结电容（通常很小）。由于它们具有少量的恢复时间主要是由于电容，所以恢复是柔软的以及快速地。

肖特基整流器的局限性

所以如果肖特基整流器这么快和柔软的和低V_F为什么他们不是最好的选择?不幸的是，答案是他们倾向于自我毁灭热失控如果不正确考虑功耗，散热和操作温度条件。这是因为它们的反向泄漏随温度呈指数增长。

例如，一个典型的肖特基有一个I_R.在25°C时为0.25mA将使泄漏球囊在125°C下为30mA - 这超过100倍的增加！

尽管如此，在以下条件下，肖特基可能是一个不错的选择：

• 如果你的V_R.要求适中(即电路中期望的电压很低)
• 如果你能容忍受一些大量的泄漏（以及V的热量_R.×我_R.产品将创建)
• 如果您有信心在所有可预见的情况下都能充分散热以保持较低的工作温度

关键参数比较

有些是更快的，有些是柔软的，有些很便宜，而其他人可能是亲爱的。我们需要组织我们的思想并避开我们的恐惧;我们现在所需要的是什么，是在这里的桌子。（我为松散，倒置的岩白诗歌诗歌道歉，但此表优雅了一个特殊的介绍。）

我们以矩阵形式介绍了这里，在我们讨论的类别中常用的一个AMP整流器的关键区别参数（给定为典型值和典型范围）。

不同整流器类型的关键参数（典型值/范围）

整流技术历史

在我们结束如何选择正确的功率整流器的讨论之前，我认为这将说明，检查可用于前几代工程师和电路设计师的选择。下面的图表提供了上个世纪功率整流器技术进步的高水平概述。

注意：为此目的，我们将略微定义整流器作为“电源二极管”，忽略19世纪后期的机械整流装置，例如谐振簧片振动器，同步电动机驱动的触点和电动发电机。同样，我们将忽略现代电路技术，如同步整流，其中MOSFET取代整流器。

这些警告到位，图表下面的图表相对效率（以％）和相对的物理量（以cm为单位）²纵轴是)，横轴是技术和应用年限。对于能够向负载输送100W功率的设备，该尺度已被标准化。

20世纪的整流器

我们在20世纪初开始了电解整流器的图表。虽然电解整流器在20世纪初商业生产且随时可用，但家庭建造的DIY版本常见于业余无线电运营商的火腿棚，以及其他进取电力爱好者。它们通过将硼砂（四硼酸钠）混合到水中的硼（硫酸钠）中容易和经济地构成，并将铝板和引线板浸入罐的相对侧的电解质中。

在两个电极之间交流电流运行的前几分钟，铝电极与溶液反应形成一层薄薄的表面涂层，只允许电流沿一个方向流动，从而提供整流作用。(铅电极不会形成涂层。它只是提供了一个连接电解质。)这些电解整流器的效率实际上比最终取代它们的真空管整流器还要高。

真空管整流器体积小一点，不容易溢出或泄漏液体。真空管整流器在20世纪上半叶的大多数消费电子产品中很常见，事实上，在今天的硬核音响发烧友中仍然有一些狂热的爱好者。

氧化铜和氧化硒整流器成为了真空管整流器的商业替代品，由于其紧凑的尺寸和机械强度以及效率的提高，经常被设计者选择。然而，它们会随着时间的推移而退化，失效时产生一种独特的恶臭和刺鼻的气味。

半导体整流器（第一次锗，然后是Silicon和Schottky）成为20世纪下半叶的商业，工业和汽车应用的主干，他们仍然是今天的设计工程师的零件。

结论

现在你应该了解在静态和动态工作条件下开关速度、电路dI/dt和二极管的行为如何影响你的整流器选择。记住，你总是需要从定义最大持续的正向电流I开始_O.，那你的整流器将必须支持，以及持续的反向阻塞电压V_R.。

武装那些信息和对整流恢复特征的理解，您将准备潜入各种制造商的数据表，比较和对比，并制作您的选择。beplay无法取钱

不是你现在需要它，但这里是一个项目会议列表，以便在选择最适合于您的下一个大功率设计中使用的电源整流器类型时提供起点。

• 高压开关模式电源（SMPS）：使用具有低T的快速和超快整流器_rr.。
• 低压SMPS:使用肖特基整流器。
• 继电器和电磁线圈夹紧和缓冲电路：使用具有低T的快速整流器_fr。
• 续流二极管电路：使用具有低T的超快整流器_fr和低T._rr.。
• 电流转向，供应或反相保护：使用标准回收整流器进行高压应用和低压应用的肖特基。
• AC MAINS 50/60 Hz应用：使用标准恢复整流器。
• 汽车，风力涡轮机，微水和其他三相交流发电机：使用标准回收整流器。

留意即将到来的相关主题的文章（如硅控制整流器（SCR），三端双向可控硅和其他动力晶闸管）。