续流二极管与快速恢复二极管和肖特基二极管有那些区别?

HOTKING2019-10-25 12:00:00快恢复二极管二极管

续流二极管指电路电流消失时,能够起到“续流”作用的二极管,英文名称Freewheeling Diode or Flyback Diode。一般来说,快速恢复二极管或者肖特基二极管的特性,都可用来作为续流用途。

续流二极管指电路电流消失时,能够起到“续流”作用的二极管,英文名称Freewheeling Diode or Flyback Diode。一般来说,快速恢复二极管或者肖特基二极管的特性,都可用来作为续流用途。因为感性元件在电流切断时会产生反向电压并可能损坏电路元件,续流二极管主要用来保护元件不被感应电压击穿或烧坏。

续流二极管并不是什么特殊材质的新器件品类,只要能够发挥作用即可。如果选择不妥或者应用不当,不但起不到续流作用,也会烧坏电路中的其他电子元器件。

续流二极管原理

在电子线路中,线圈、继电器、电机等感性元件有通过电流时,电子元器件两端会产生感应电动势。在电源关断时,这个感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。如果这个残余的反向电压高于元件的反向击穿电压,就会损坏诸如三极管、晶闸管、电机等电压敏感型元器件。

续流二极管工作原理
续流二极管工作原理

如果在这些元器件两端并联一个续流二极管,当流过线圈中的电流消失时,续流二极管就与电路中的其他元器件形成一个电流回路,将残余的反向高电动势以续流方式消耗掉,这样就保护了电路元器件不被损坏。

例如,在继电器线圈两端,或单向可控硅两端反向接的两端反接的那个管子就是续流二极管。因为,继电器的本身就是一个很大电感量的线圈,能以磁场的形式储存电能,吸合时会存储大量的磁场。当控制继电器的三极管由导通变为截至时,线圈虽然断电,但是线圈里的磁场将产生反向电动势,这个电压可能高达1000V以上,很容易击穿三极管或其他电路元器件。此时接入一个二极管的话,就能把反向电势通过续流二极管以电流的形式中和掉,从而保护了其他电路元器件。

在开关电源中,我们也能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路,这个电路通常与变压器初级并联。在开关管关断时,这个续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量,以防止感应电压过高,进而击穿开关管。

续流二极管可保护继电器电路中的电子元器件
续流二极管可保护继电器电路中的电子元器件

同样,可控硅电路、IGBT晶体管、MOSFET也需要续流保护。因为,我们一般都将可控硅当成一个触点开关来用,当控制对象的是大电感负载时间,可控硅也会产生高压反电动势,其原理和继电器电路是一样的。

续流二极管的选择

通过上述介绍发现,续流二极管并不是通过什么特殊材料或工艺制作的新器件品类,只要开关速度比较快,能满足续流作用的二极管就是“续流二极管”,一般会选择快速恢复二极管或者肖特基二极管。

选择续流二极管时,最基本的要求是快速反应,并具有良好的软恢复特性。其中,肖特基二极管一般用于电压小于100V的应用,外延生长式二极管一般用于100~1200V应用。

可见,续流二极管是快速恢复二极管和肖特基二极管中的一个细分类别,实际应用中还要考虑管子的换流速度、正向通态压降VF、反向阻断电压VR、反向恢复时间trr、可重复正向峰值电压VFRM、反向峰值电流IRRM等特性。

附表:普通二极管、肖特基二极管、快恢复二极管和超快恢复二极管对比一览表

普通二极管 肖特基二极管 快恢复二极管 超快恢复二极管
英文名称 Diode Schottky Barrier Diode Fast recovery diode, FRD Ultra Fast Recovery Diode, UFRD
工艺制程 硅锗材料,PN结, 掺金工艺,
PN结、
改进PIN结构
阈值电压 硅管约0.5V
锗管约0.1V
导通电压 硅管0.6~0.8V 0.3-0.6V 0.8-1.1V
锗管0.2~0.3V
反向电流 硅管nA级 几安至几千安
锗管μA级
反向耐压 40-50V 1200V以下
反向恢 XXX 小于10nS 数百nS或以上 100nS以下
复时间
工作频率 100GHz
功耗
反应速度 超高速
封装 20A以下采用TO-220封装,有单管、对管(亦称双管)两种。
几十安的一般采用TO-3P金属壳封装。
更大容量(几百安~几千安)采用螺栓型或平板型封装。
用途 作为低电压场合的高频和快速开关,以及太阳能电池或发光二极管 作为逆变电源中的整流元件 用于开关电源h和高频逆变装置,作为续流、吸收、箝位、隔离等,是用电设备高频化(20khz以上)和高频设备固态化的重要器件。