在對(duì)板子進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中，大家有可能會(huì)遇到StepDown IC燒毀的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)廠家的失效分析之后，結(jié)果很有可能是超過(guò)電壓或者電流的定額而損壞。那么是什么原因?qū)е铝穗娐返膿p壞呢?

 

在燒毀的板子中，IC的定額是40V，而電路是18-30V輸入，在IC前面有一級(jí)射極跟隨器，將輸入電壓鉗位在30V，這里就和廠家的解釋原因有些出入了。只好將跟隨器的電壓降低至15V，后面就再?zèng)]有失效的情況。

 

對(duì)比datasheet，輸入電容、反饋電阻、繼流二極管、濾波電感、輸出電容，都沒(méi)有什么問(wèn)題，最終懷疑是繼流二極管的正向?qū)▎?wèn)題。

 

手冊(cè)中推薦的是肖特基管，但是由于對(duì)肖特基管的耐壓特性不放心，所以選用了100V的快恢復(fù)ES2B。上示波器觀察發(fā)現(xiàn)，在BUCK中，開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，二極管上的電壓有一個(gè)很深的負(fù)尖峰。大概有幾伏特的樣子，受限于示波器的采樣速率，不能完全觀察此波形。但是從原理上講，這個(gè)負(fù)尖峰+輸入電壓一同施加在開(kāi)關(guān)管上極容易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管過(guò)壓燒毀。這個(gè)倒是同廠家的失效分析能對(duì)上。

 

按照手冊(cè)上面的推薦，改用肖特基二極管后，波形大大改良，基本上看不到負(fù)尖峰的存在。由于負(fù)尖峰出現(xiàn)在二極管從反向截止轉(zhuǎn)入正向?qū)ǖ霓D(zhuǎn)換過(guò)程中，按說(shuō)應(yīng)該屬于“正向恢復(fù)”問(wèn)題。但是除開(kāi)CREE的SiC二極管中有“零正向恢復(fù)電壓”與“零正向恢復(fù)電流”的描述，其他二極管對(duì)于正向問(wèn)題均沒(méi)有描述。

 

重點(diǎn)來(lái)了，這里需要特別說(shuō)明的是，本篇文章文章主要想提醒大家注意一個(gè)現(xiàn)象：PN節(jié)二極管和肖特基勢(shì)壘二極管，在由反向阻斷轉(zhuǎn)為正向?qū)ǖ囊恍《螘r(shí)間內(nèi)，特性是不同的。這個(gè)現(xiàn)象可能會(huì)影響到開(kāi)關(guān)管的耐壓定額。

 

因?yàn)槭桥慨a(chǎn)品，所以用了兩個(gè)手段，一個(gè)是降低跟隨器的電壓，從30V降低到15V，另一個(gè)是增加了RC吸收回路。二極管倒是維持ES2D沒(méi)有更換。另外還有幾百個(gè)板子沒(méi)有加吸收，更換為SK34，電壓同樣降低到15V。目前兩種更改都沒(méi)有失效的案例。

 

接下來(lái)我們?cè)賮?lái)談?wù)凱N結(jié)的正向?qū)щ妴?wèn)題。為什么正向會(huì)導(dǎo)電，為什么反向不導(dǎo)電?

 

然后要知道載流子復(fù)合需要時(shí)間。所以，電源突然反向的時(shí)候，少數(shù)載流子不會(huì)突然消失。這時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)：阻止二極管反向?qū)щ姷膭?shì)壘結(jié)不能阻止少數(shù)載流子(n型半導(dǎo)體中的空穴、p型半導(dǎo)體中的電子)越過(guò)勢(shì)壘——這些越過(guò)勢(shì)壘導(dǎo)電的少數(shù)載流子就形成了反向恢復(fù)電流。

 

反向恢復(fù)時(shí)間實(shí)際上就是消耗掉少數(shù)載流子所需要的時(shí)間。

 

反向恢復(fù)研究的比較深入。一般認(rèn)為是少數(shù)載流子復(fù)合時(shí)間導(dǎo)致，根據(jù)這個(gè)說(shuō)法可以很好的解釋IGBT的拖尾、PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)，肖特基勢(shì)壘二極管的反向恢復(fù)時(shí)間近似為零，MOS關(guān)斷速度等問(wèn)題。所以反向恢復(fù)目前看來(lái)還沒(méi)有什么爭(zhēng)議。理論已經(jīng)可以很好的解釋客觀現(xiàn)象了。并且依據(jù)理論的一些推論也在一些新式設(shè)計(jì)中得到了驗(yàn)證。

 

肖特基二極管剛出現(xiàn)的時(shí)候，的確很多文章都說(shuō)肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間為零。但現(xiàn)在似乎很少有人這樣說(shuō)了，相反有報(bào)到給出肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。

 

認(rèn)為肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間為零的理由是：肖特基二極管是多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以不存在反向恢復(fù)電流。但現(xiàn)在的研究認(rèn)為，在過(guò)渡層中，會(huì)感應(yīng)出少數(shù)載流子。

圖1

圖2

 

上面兩張圖是來(lái)自ST的STTH810二極管，標(biāo)出了兩個(gè)參數(shù)，圖1是tfr,正向回復(fù)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間更長(zhǎng)，居然達(dá)到了300ns之多。圖2就是trr,也就是反向恢復(fù)時(shí)間， Tfr定義是在If下Vf降低到1.5Vfmax的時(shí)間，上面給出的Vfp是5.5V--這個(gè)相對(duì)600V的Vr來(lái)說(shuō)倒是不算什么。就是不知道這個(gè)Vfp是否隨Vr遞減。如果對(duì)于20V的管子來(lái)說(shuō)，5.5V的Vfp就已經(jīng)很高了。正向，不會(huì)增加二極管本身的電壓應(yīng)力，但是會(huì)增加開(kāi)關(guān)管的應(yīng)力。所以需要用吸收電路或者提高開(kāi)關(guān)管定額。