开关电源输出二极管，输出整流二级管
开关电源输出二极管，输出整流二级管型号表3-7-1 几种快恢复、超快恢复二极管的主要技术指标超快恢复二极管则是在快恢复二极管基础上发展而成的，其反向恢复电荷进一步减小， trr值可低至几十纳秒。20A以下的快恢复二极管及超快恢复二极管大多采用TO—220封装。从内部结构看，可 分成单管、对管两种。对管内部包含两只快恢复或超快恢复二极管，根据两只二极管接法的 不同，又有共阴对管、共阳对管之分。图3—7—2(a)示出C20—04型快恢复二极管(单管) 的外形及内部结构。图3—7—2(b)、(c)分别示出C92—02型(共阴对管)、MURl680A型 (共阳对管)超快恢复二极管的外形与构造。它们大多采用TO—220封装，主要技术指标见表3—7—1。常用超快恢复二极管的型号及 主要参数见表3—7—2。几十安的快恢复、超快恢复二极管一般采用TO—3P金属壳封装， 更大容量(几百安至几千安)的管子则采用螺栓型或平板型封装。图3-7-2
开关电源的输出整流管一般采用快恢复二极管(FRD)、超快恢复二极管(SRD) 或肖特基二极管(SBD)。它们具有开关特性好、反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。
一.快恢复及超快恢复二极管的选择1．反向恢复时间反向恢复时间trr的定义是：电流通过零点由正向转向反向，再由反向转换到规定低 值的时间间隔。它是衡量高频整流及续流器件性能的重要技术指标。反向恢复电流的波 形如图3—7—1所示。图中，IF为正向电流，IRM为最大反向恢复电流，Irr为反向恢复电 流，通常规定Irr=0.1IRM。当t < t0时，正向电流I=IF。当t > t0时，由于整流管上的正 向电压突然变成反向电压，因此正向电流迅速减小，在t &= t0时刻I = 0。然后整流管上 流过反向电流IR，并且IR逐渐增大；在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。此后受正 向电压的作用，反向电流逐渐减小，并且在t=t3时刻达到规定值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zt2到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。
图3-7-1 反向恢复电流的波形
2．快恢复二极管的结构特点快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中增加了基 区I，构成P-I-N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还 降低了瞬态正向电压，使管子能承受很高的反向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时 间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V，正向电流为几安培至几千安培，反向峰值电压可 达几百至几千伏。
超快恢复二极管则是在快恢复二极管基础上发展而成的，其反向恢复电荷进一步减小， trr值可低至几十纳秒。
20A以下的快恢复二极管及超快恢复二极管大多采用TO—220封装。从内部结构看，可 分成单管、对管两种。对管内部包含两只快恢复或超快恢复二极管，根据两只二极管接法的 不同，又有共阴对管、共阳对管之分。图3—7—2(a)示出C20—04型快恢复二极管(单管) 的外形及内部结构。图3—7—2(b)、(c)分别示出C92—02型(共阴对管)、MURl680A型 (共阳对管)超快恢复二极管的外形与构造。它们大多采用TO—220封装，主要技术指标见表3—7—1。常用超快恢复二极管的型号及 主要参数见表3—7—2。几十安的快恢复、超快恢复二极管一般采用TO—3P金属壳封装， 更大容量(几百安至几千安)的管子则采用螺栓型或平板型封装。
图3-7-2 三种快恢复及超快恢复二极管的外形及内部结构
表3-7-1 几种快恢复、超快恢复二极管的主要技术指标
|
型号 |
结构特点 |
反向恢复时间 trr(nS) |
平均整流电流 Id(A) |
最大瞬时电流 IFSM(A) |
反向峰值电压 URM(V) |
封装形式 |
|
C20-40 |
单管 |
400 |
5 |
70 |
400 |
TO-220 |
|
C92-02 |
共阴对管 |
35 |
10 |
50 |
200 |
TO-220 |
|
MUR1680A |
共阳对管 |
35 |
16 |
100 |
800 |
TO-220 |
|
EU2Z |
单管 |
400 |
1 |
40 |
200 |
DO-41 |
|
RU3A |
单管 |
400 |
1.5 |
20 |
600 |
DO-15 |
表3-7-2 常用超快恢复二极管的型号及主要参数
|
型号 |
URM(V) |
Id(A) |
trr(nS) |
生产厂家 |
|
UF4001 |
50 |
1 |
25 |
GI公司 |
|
UF4002 |
100 |
1 |
25 | |
|
UF4003 |
200 |
1 |
25 | |
|
UF4004 |
400 |
1 |
50 | |
|
UF4005 |
600 |
1 |
30 | |
|
UF4006 |
800 |
1 |
75 | |
|
UF4007 |
1000 |
1 |
75 | |
|
UF5401 |
100 |
3 |
50 | |
|
UF5402 |
200 |
3 |
50 | |
|
UF5406 |
600 |
3 |
50 | |
|
UF5408 |
1000 |
3 |
50 | |
|
BYV27-100 |
100 |
2 |
25 |
Philips公司 |
|
BYV27-150 |
150 |
2 |
25 | |
|
BYV27-200 |
200 |
2 |
25 | |
|
BYV26D |
800 |
2.3 |
75 | |
|
BYV26E |
1000 |
2.3 |
75 |
超快恢复二极管在开关电源中的典型应用如图3—7—3所示。图(a)中的漏极钳位 保护电路使用一只UF4007型超快恢复二极管VD1，输出整流电路采用MBU420型 4A/200V超快恢复二极管。图(b)中的输出整流管采用一只MBUl640型16A/200V超快 恢复对管，以满足大电流输出的需要。
图3-7-6 超快恢复二极管在开关电源中的典型应用
二.肖特基二极管的选择1．肖特基二极管的工作原理肖特基二极管是以金、银、铂等贵金属为阳极，以N型半导体材料为阴极，利用二者 接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属—半导体器件。它属于五层器件，中间层 是以N型半导体为基片，上面是用砷做掺杂剂的N-外延层，最上面是由金属材料铂构成的 阳极。N型基片具有很小的导通电阻。在基片下面依次是N 阴极层、阴极金属。典型的肖 特基二极管内部结构如图3—7—4所示。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成 合适的肖特基势垒。当加上正偏压E时，金属A与N型基片B分别接电源的正、负极，此 时势垒宽度W0变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就增加，见图3—7—5。近年来，采用硅平 面工艺制造的铝硅肖特基二极管已经问世，不仅能节省贵金属，减少环境污染，还改善了 器件参数的一致性。肖特基二极管仅用一种载流子(电子)输送电荷，在势垒外侧无过剩 少数载流子的积累，因此它不存在电荷储存效应，使开关特性得到了明显改善。其反向恢复 时间(trr)可缩短到l0nS以内。但它的反向耐压较低，一般不超过l00V，适宜在低电压、大 电流下工作。利用其低压降的特性，能显著提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。
图3-7-4 肖特基二极管的结构
图3-7-5 加外偏压时势垒宽度的变化情况
2．肖特基二极管在开关电源中的典型应用可供开关电源输出电路使用的肖特基二极管型号参见表3—7—3
表3-7-3 肖特基二极管的选择
|
最高反向工作电压 URM(V) |
最大平均整流输出电流 Id(A) | |
|
3A |
4~6A | |
|
20 |
1N5820，MBR320P，SR302 |
1N5823 |
|
30 |
lN5821，MBR330，31DQ03，SR303 |
50WQ03，1N5824 |
|
40 |
lN5822，MBR340，31DQ04，SR304 |
MBR340，50wQ04，lN5825 |
|
50 |
MBR350，31DQ05，SR305 |
50WQ05 |
|
60 |
MBR360，DQ06，SR306 |
50WR06，50SQ060 |
肖特基二极管在开关电源中的典型应用电路如图3—7—6所示(局部)。为了降低二 次绕组及整流管的损耗，二次侧电路由两个绕组、两只整流管VD2、VD3并联而成， 然后公用一套滤波器。二次侧整流管均采用20A/100V的肖特基对管MBR20100，可以 把整流管的损耗降至最低。L为共模电感。该开关电源的输出电压为19V，最大输出电 流为3．68A。
图3-7-6 肖特基管在开关电源中的典型应用电路(局部)
三.几种整流管的性能比较肖特基二极管、快恢复二极管和普通高频硅整流管的典型伏安特性分别如图3—7— 7中曲线a、b、c所示。由图可见，肖特基二极管的正向导通压降UF最低，快恢复二 极管较高，高频硅整流管最高。表3—7—4列出了肖特基二极管、超快恢复二极管、快 恢复二极管、高频硅整流管的性能比较。由表可见，普通高频硅整流管的trr与快恢复二 极管相当，但平均整流电流很小，不能做大电流整流用。中、小功率肖特基二极管大多 采用TO-220封装。
图3-7-7 肖特基二极管、快恢复二极管、和高频硅整流管的典型伏安特性
