快恢复二极管工作原理及使用

对于二极管，当添加到两端的电压从正向变为反向时，响应时间通常很短，而反向变为正向时间相对较长，即反向恢复时间。当二极管在高频场合使用时，需要较短的反向恢复时间向快速恢复的二极管。我们称这种二极管为快速恢复二极管。

如何快速恢复二极管？

一、物理结构
快速恢复二极管的内部结构和普通PN结二极管不同，属于PIN结P型硅材料和N型硅材料之间增加了结型二极管I，构成PIN硅片。因为PD势垒区是主要有源区，因此扩大势垒区可以提高灵敏度。PIN事实上，结快恢复二极管是人为的PN扩大了结势垒区的宽度，PIN快速恢复二极管的有效作用区主要是有电场的I型层(势垒区)，增加了光生载流子的有效区域，减弱了扩散的影响，大大降低了结电容，大大提高了光检测的灵敏度和响应速度。

二、电气性能

图中IF正电流，IRM为最大反向恢复电流，Irr通常规定反向恢复电流Irr=0.1IRM。当t≤t0时，正电流I=IF。当t＞t0时，由于整流管上的正电压突然变成反电压，正电流迅速减小t=t1时刻，I=0。然后整流管上的反向电流IR逐渐增加；在t=t2.最大反向恢复电流IRM值。此后，由于正向电压，反向电流逐渐减小，并在t=t3时达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。由t1到t3的时间间隔是反向恢复时间trr。
快速恢复二极管的主要特点是其反向恢复时间（trr）在几百纳秒（ns）超快恢复二极管甚至可以达到几十纳秒。

三、自举电路的应用
快速恢复二极管(简称FRD）半导体二极管具有开关特性好、反向恢复时间短的特点，主要用于开关电源，PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。

如果系统最初在上电瞬间将电容器两端的电压提升为零，IPM驱动电路需要正常启动VCC需要正常供电。初始化时没有电压。IPM工作前，需要通过控制驱动信号，充电自举电容，准确控制脉冲数量IGBT打开，将电容器两端的电压提升到目标电压。
具体工作流程如下：
a、自举电容器需要在上电瞬间充电，下桥臂需要充电IGBT相应的输出电压降低到地面，电源通过自举电阻和自举二极管充电。
b、当上桥IGBT打开时，输出电压再次升至母线电压。由于电容器两端的电压不能突变，两端的电压仍保持在电源电压水平，同时给出IGBT驱动器提供电压。自举二极管反向截止日期，有效隔离弱电源部分与母线电压，避免强电导入弱电击穿电路器件。以上是半循环，后续周期重复。
通过对IPM分析了电路初始上电的工作原理和工作过程，发现系统初始化阶段在电路开始工作前下桥IGBT二吸管在开启自举电容充电过程中承受的电压最小，二极管不会出现过压故障。IGBT二极管在开启过程中起到强弱电的有效隔离作用，两端承受电压最大，除外IP同时，电路承受电压冲击频率最大的装置，若设备因各种因素导致反向耐压低，则容易出现设备反向耐压不足击穿故障。