超快恢复二极管(FRED)的总功耗由断态损耗P0S、通态损耗Pcon、开通损耗Pon和关断损耗Poff等4部分组成,其功耗计算方法因FRED在开关逆变电路中所起的功能(作续流二极管、吸收二极管、隔离二极管、输入整流器和输出整流器之用)不同而不同。下面列举的计算方法适用于开关逆变电路,PWM控制的开关电源中的续流二极管和高频输出整流器(图1),这是因为它们的工作模式非常类似,且它们的电流和电压波形都是矩形。因此FRED在一个工作周期内所产生总功耗为:
PTOT=P0S=+Pcon=+Pon=+Poff=——(7)
①断态损耗P0S
当超快恢复二极管(FRED)受反向电压作用后,将有一个很小的电流从阴极流向阳极,称为反向漏电流IRRM,它与所加反向电压VR和结温Tj有关。
P0S=+=VR = +·IRRM·D——(8)
式中D为占空比,一般IRRM·取125℃时的值
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图1 FRED共阴连接的中间抽头DC输出电路
②通态损耗Pcon
一旦FRED管进入开通阶段,就流过正向IF,由于PN结的门槛电压VTO和半导体电阻(正向斜率电阻rTO),就会产生通态电压降VF,而VF与结温Tj和IF值有关(图2),由图可见VTO为A、B二点连线与VF轴的交点,而
http://s16/mw690/006pB7Suzy77SnDOsAn3f&690
这里要注意的是VF值是Tj下的值。
比较(9)和(10)式的计算结果,用(10)式计算值略高于(9)式计算值。
http://s16/mw690/006pB7Suzy77SnFKGd10f&690
图2 正向伏安特性曲线
③开通损耗Pon
要计算实际的开通损耗是非常困难的,因为它不同于静态损耗(断态损耗和通态损耗),而是动态损耗,即电压和电流值随时间的变化而变化,因此计算Pon只能采用指数函数简化公式来计算。图3给出了简化导通波形图,以此计算出开通损耗值要比实际大一些,所以可用产品数据表中的参数值来计算。
http://s8/bmiddle/006pB7Suzy77SnJvf3F17&690
图3
FRED管实际V/I导通波形(a)及其用来简化计算开通损耗的线性化近似波形(b)
http://s13/mw690/006pB7Suzy77SnOYvpifc&690
tf—FRED开通时的电流上升时间。它实际等于与FRED并联的开关器件的下降时间,根据dIF/dt值,即按产品数据表求出VFR和tfr
④关断损耗
与开通损耗计算一样,关断损耗的计算亦是利用产品数据表中的参数值来进行近似计算,图4示出了简化的电压和电流波形。
则关断能量Eoff为:
http://s14/mw690/006pB7Suzy77SnWPc4d5d&690
这里需要注意的是:IRM和trr值与结温有关,因此,在选用产品数据表中的IRM和trr值时,应按实际结温Tj值进行修正。
http://s1/mw690/006pB7Suzy77SnZ8Xpmc0&690
图4
FRED管实际I/V反向恢复波形(a)及其简化线性近似波形(b)
⑤计算散热器温度Th ,FRED管的总功耗为:
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