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串联二极管的反向均压
接线图
2023年08月24日 18:23 361
admin
当反向电压施加在两个串联的二极管上时，一旦它们完全反向偏置，它就会在两个器件上分压（如果它们具有相似的电气特性）。然而，当它们从正向偏置状态转变为反向偏置状态时，每个器件上的电压会动态变化。本文档描述了影响串联二极管动态电压共享的因素，并解释了为什么共同封装器件通常在它们两端产生的瞬时电压几乎没有什么差异，因为它们在高频、高电流下会快速反向偏置。 /dt 连续导通模式 (CCM) 升压转换器操作中的典型条件。
介绍
反向恢复电荷 (QRR) 是当正向偏置二极管开始阻止施加到其上的反向电压时必须从正向偏置二极管中去除的电荷载流子数量的度量。QRR 引起二极管的反向恢复电流 (IRR)，并决定反向恢复所需的时间 (tRR)。由于 QRR 直接决定 tRR，因此两个串联二极管的 QRR 和 tRR 必须相同，以便它们同时恢复并开始（动态）开始阻断所施加的反向电压速度。
硅二极管的 QRR 主要是由阳极注入器件的漂移区和阴极的少数载流子引起的，因为它传导正向电流。这些少数载流子最终与漂移区和阴极中的多数载流子重新结合。正向电流越高，这些少数载流子在全部重组之前移动的距离就越远，持续的时间也就越长。当二极管快速关断时（特别是反向电压幅度较高时），突然施加的反向偏压会扫过尚未复合的少数载流子穿过结并进入器件的阳极。这会产生短暂但实质的 IRR，直到这些少数载流子消失并且二极管开始阻止反向电压。
硅二极管的 QRR 随结温、所施加的反向电压的大小、器件反向偏置时传导的正向电流量以及电感器电流从二极管换向的速率（换向速度有多快）而变化。施加反向偏压）。然而，器件结温是对硅二极管 QRR 和 tRR 影响最大的单一因素。
因此，每当相同的硅二极管串联时，保持它们的结温尽可能一致非常重要。这样做可以确保两个器件的 QRR 和 tRR 相互紧密跟踪，并且每个器件上产生的动态电压也将紧密跟踪。
硅二极管的 QRR 也随其半导体几何形状和加工工艺的不同而变化。器件必须阻挡的反向电压越大，其漂移区就必须越厚。例如，600 V 二极管的漂移区厚度约为 300 V 器件的两倍。二极管的漂移区越厚，当其传导高正向电流时，其中的少数载流子就越多。这将使其比漂移区更薄的二极管具有更高的 QRR。
串联二极管
为了降低 600 V 硅二极管的 QRR，通常串联两个 300 V 器件。这导致 QRR 与单个 300 V 器件的 QRR 大致相同。然而，任何施加的反向电压由两个器件共享。
图 1 串联连接的两个低压二极管共享其两端的电压。
影响动态反向均压的因素
除了半导体材料的内部结构和加工以及升压电路的工作参数之外，芯片的结温是对器件的QRR和tRR影响最大的因素。硅二极管的 QRR 具有正温度系数，这意味着它会随着芯片结温的升高而增加。为了确保两个串联二极管平等地共享其两端的电压，重要的是要使它们的结温非常接近地跟踪彼此。
图 2 串联二极管芯片上的反向电压 (VR) 百分比偏差（器件模型使用 8 A LQA08TC600 参数）与两个芯片的结温以及两个芯片之间的温差 (ΔT) 的仿真结果。
除了确保芯片的电气特性尽可能相同（通过良好的制造工艺设计和控制）之外，仔细注意封装的设计和组装可以确保芯片温度彼此之间的偏差远小于 2°C 。图 2 是温度差对两个串联二极管芯片的反向电压 (VR) 的影响的仿真图，与两个芯片的结温的关系，以及它们之间的温度差 (ΔT) 的影响。
介绍
反向恢复电荷 (QRR) 是当正向偏置二极管开始阻止施加到其上的反向电压时必须从正向偏置二极管中去除的电荷载流子数量的度量。QRR 引起二极管的反向恢复电流 (IRR)，并决定反向恢复所需的时间 (tRR)。由于 QRR 直接决定 tRR，因此两个串联二极管的 QRR 和 tRR 必须相同，以便它们同时恢复并开始（动态）开始阻断所施加的反向电压速度。
硅二极管的 QRR 主要是由阳极注入器件的漂移区和阴极的少数载流子引起的，因为它传导正向电流。这些少数载流子最终与漂移区和阴极中的多数载流子重新结合。正向电流越高，这些少数载流子在全部重组之前移动的距离就越远，持续的时间也就越长。当二极管快速关断时（特别是反向电压幅度较高时），突然施加的反向偏压会扫过尚未复合的少数载流子穿过结并进入器件的阳极。这会产生短暂但实质的 IRR，直到这些少数载流子消失并且二极管开始阻止反向电压。
硅二极管的 QRR 随结温、所施加的反向电压的大小、器件反向偏置时传导的正向电流量以及电感器电流从二极管换向的速率（换向速度有多快）而变化。施加反向偏压）。然而，器件结温是对硅二极管 QRR 和 tRR 影响最大的单一因素。
因此，每当相同的硅二极管串联时，保持它们的结温尽可能一致非常重要。这样做可以确保两个器件的 QRR 和 tRR 相互紧密跟踪，并且每个器件上产生的动态电压也将紧密跟踪。
硅二极管的 QRR 也随其半导体几何形状和加工工艺的不同而变化。器件必须阻挡的反向电压越大，其漂移区就必须越厚。例如，600 V 二极管的漂移区厚度约为 300 V 器件的两倍。二极管的漂移区越厚，当其传导高正向电流时，其中的少数载流子就越多。这将使其比漂移区更薄的二极管具有更高的 QRR。
串联二极管
为了降低 600 V 硅二极管的 QRR，通常串联两个 300 V 器件。这导致 QRR 与单个 300 V 器件的 QRR 大致相同。然而，任何施加的反向电压由两个器件共享。
图 1 串联连接的两个低压二极管共享其两端的电压。影响动态反向均压的因素
除了半导体材料的内部结构和加工以及升压电路的工作参数之外，芯片的结温是对器件的QRR和tRR影响最大的因素。硅二极管的 QRR 具有正温度系数，这意味着它会随着芯片结温的升高而增加。为了确保两个串联二极管平等地共享其两端的电压，重要的是要使它们的结温非常接近地跟踪彼此。
图 2 串联二极管芯片上的反向电压 (VR) 百分比偏差（器件模型使用 8 A LQA08TC600 参数）与两个芯片的结温以及两个芯片之间的温差 (ΔT) 的仿真结果。除了确保芯片的电气特性尽可能相同（通过良好的制造工艺设计和控制）之外，仔细注意封装的设计和组装可以确保芯片温度彼此之间的偏差远小于 2°C 。图 2 是温度差对两个串联二极管芯片的反向电压 (VR) 的影响的仿真图，与两个芯片的结温的关系，以及它们之间的温度差 (ΔT) 的影响。
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