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功率二极管(四):在双脉冲电路中的续流二极管

2025-06-10 09:21:35

实际应用中,功率二极管多数情况作为IGBT的续流二极管使用,所以在双脉冲测试下,统筹考虑IGBT与续流二极管的波形更具有现实意义。

IGBT关断时,负载电流被续流至二极管中,在IGBT下一次开通时,二极管中电流换向,此时二极管就发生了反向恢复,此时IGBT中也必须传导续流二极管的反向电流。上一节讲到,二极管在反向恢复过程中因自身产生了反向恢复峰值电流IRRM在双脉冲测试中,IGBT在二次开通时则必须传导续流二极管的这个反向恢复电流Ic,所以在IGBT的开通电流波形上,IGBT上电压则仍然在母线电压UCC范围内。在这个瞬间IGBT产生了最大的开通损耗。

所以,我们可以知道,其实续流二极管的反向恢复峰值电流IRRM对开关器件造成了最重的负担。而且在硬恢复特点的续流二极管中,由于高di/dt引起的电压峰值和震荡这对整个应用是非常不利的。故而,我们希望续流二极管具有软恢复的特性。

下图是双脉冲测试电路中IGBT和续流二极管的损耗情况:

实际应用中续流二极管的损耗是肯定比IGBT的损耗低的,但是二极管的反向恢复特性又会极大影响了IGBT二次开通时的损耗。所以,就两个器件相互作用的总损耗而言,我们需要尽量保持低的反向恢复峰值电流IRRM和二极管储存电荷的复合时间,因为拖尾电流阶段的损耗占二极管总损耗的大部分。

上一节讲到,二极管的关断损耗是:

而其中电荷Qrr=1/2×IRRM×trr。这个公式是基于没有IGBT的存在情况下得到的。

在双脉冲电路中,忽略寄生电感的情况下,二极管的电压变化率与IGBT的电压变化率相同,理想状况下,IGBT的电压下降时间与二极管反向电流的下降时间相同,那么就有如下情况:

在规定的di/dtUcc,细分存储时间ts期间的电荷和反向电流下降时间tf期间的电荷:Qrr=Qrs+Qrf,二极管关断的的能量损耗就是Eoff=1/2QrfUcc

因为Qrf=Qrr-Qrs,所以

这个值与单二极管电路中的情况相比,小了许多。这是因为在电荷储存时间内的二极管的负担由IGBT来承担,IGBT传导了二极管的反向恢复峰值电流.

严格意义上讲,由二极管引发的损耗还是需要把电荷储存时间的损耗加上,但是这样IGBT也会计算一次,对于双脉冲测试电路而言,这部分造成的损耗只需在IGBT的开通过程中进行计算即可。

实际电路中,不仅仅有人为加的负载电感L的存在,还会有整个电路的杂散电感Ls存在,这部分也会对期间的产生附加损耗。故而,实际应用也需要留意杂散电感的大小,以免结果相差过大。

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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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实际应用中,功率二极管多数情况作为IGBT的续流二极管使用,所以在双脉冲测试下,统筹考虑IGBT与续流二极管的波形更具有现实意义。IGBT关断时,负载电流被续流
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