Концепция гибридных диодов

Концепция гибридных диодов была открыта в 1991 [295] [296]. Она основана на параллельном подключении диода с мягким восстановлением и РТ-диода с малым падением напряжения, но жесткими параметрами восстановления, как показано на рис.1.37.

Рис. 1.37. Структура гибридного диода

Принцип работы показан на рис.1.38. Основная часть тока в открытом состоянии проводится жестким диодом D_Е. Остаток - диодом D_S. Ток I_S проходит через диод D_S и первый пересекает ноль, достигая своего максимального обратного значения в момент t₁. В этот момент через диод D_Е все еще протекает прямой ток. При этом pn - переход диода D_S свободен от носителей заряда. Теперь диод D_Е переключается с нарастающей dI/dt. Суммарный ток все еще определяется внешней цепью.

Рис. 1.38. Протекание тока через составляющие гибридного диода

В момент t₂ pn - переход диода D_E свободен от носителей заряда. В период между t₂ и t₃ обратный ток D_Е будет резко падать. Это вызовет соответствующее нарастание тока в D_S, который полностью не освободился от носителей в этот момент. Общий обратный ток не будет резко снижаться. Следовательно, не будет перенапряжения. Плотность носителей заряда в диоде D_S уменьшится в период между t₃ и t₄. Такая структура будет мягкой.

Для получения эффективной функции обратного диода, D_S должен получить достаточный заряд даже после падения обратного тока D_Е. Для этого мягкий диод D_S должен принять на себя 10 - 25 % прямого тока. Следовательно, прямое напряжение должно быть отрегулировано.

Первые модули, содержащие гибридные диоды, поступили в продажу в начале 1996г. Oни в основном применялись как обратные диоды в коммутирующих цепях с 100 В или 200 В - MOSFET ключами. В них эпитаксиальный диод на 400 В использовался в качестве жесткого диода D_Е. В качестве мягкого диода D_S использовался улучшенный CAL-диод. Плотность основного рекомбинационного центра в нем поддерживалась на низком уровне, в результате чего падение напряжения было около 1,1 В при 150 А/см².

Рис. 1.39. Характеристика напряжения в 350 А, 100 В модуле, слева: с эпитаксиальными диодами, справа: с гибридным диодом

Рис.1.39 показывает напряжение включения MOSFET. Диаграмма слева показывает напряжение обратного диода, состоящего из 7 параллельных эпитаксиальный диодов. Диаграмма справа показывает напряжение при замене одного из 7 эпитаксиальных диодов диодом с мягким восстановлением D_S. Пик напряжения будет падать от 100 В до 33 В, паразитные колебания исчезнут. С похожим обратным диодом MOSFET можно включить с большей dI/dt. Если время включения MOSFET уменьшилось с 1.3 мкс до 0.3 мкс при уменьшении сопротивления затвора, характеристика напряжения будет также приемлема. Общие потери в схеме снизятся до 48 % (= сумме линейных и потерь при коммутации всех компонентов).

Гибридные диоды имеют особые преимущества при напряжениях до 600 В. В этом диапазоне можно использовать диоды с минимальной w_B, если они интегрированы как часть гибридного диода. С другой стороны, гибридные диоды не имеют больших преимуществ при больших напряжениях, так как различия в wB между мягкими CAL-диодами и РТ-диодами не значительно.

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи