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在电源系统、变频器及高频功率变换设备中,MDD辰达半导体的超快恢复二极管凭借其反向恢复时间短、开关损耗低的特点,广泛应用于高频整流和续流电路。但在某些大功率应用中,为了满足更高的电压或电流需求,工程师往往采用器件串联或并联的方式。然而,若忽视器件之间的特性差异及配套设计,容易引发均压均流问题,最终造成电路效率降低甚至器件失效。
一、串联应用中的均压挑战
当需要承受更高的反向电压时,工程师会将多个快恢复二极管进行串联。理论上,串联后的耐压能力为单颗器件的数倍,但实际上由于器件正反向特性、结电容、漏电流等参数存在差异,电压无法均匀分布。
在反向状态下,某一颗器件漏电流较小或反向恢复时间更长时,它将承担更高的电压压力,导致局部器件过压而击穿。为了解决这个问题,常见做法是在每个二极管两端并联电阻(静态均压)和电容(动态均压),以平衡静态漏电流和动态电压变化。合适选型的RC吸收网络,是实现电压均衡的关键。
设计建议:
静态均压电阻选取应以漏电流平衡为标准;
动态均压电容需考虑二极管的恢复时间,避免形成串联谐振;
串联器件尽可能选用同批次、参数接近的型号;
建议使用封装集成多管并串结构,避免手动搭配误差。
二、并联应用中的均流难点
在要求更大正向导通电流或降低单颗二极管功耗时,工程师会采用快恢复二极管并联方案。然而由于导通电阻、电感、封装热阻等因素不一致,各支路承载电流不均,容易导致某颗器件过热或失效。
一方面,导通电压(VF)差异会直接影响电流分配,VF低的器件会先导通并承载更多电流;另一方面,封装的热阻差异亦会造成温升不一致,进而影响VF,形成热失控正反馈。尤其在没有良好散热设计的条件下,均流失衡的问题更为严重。
解决方案:
选型时需严格筛选VF、电流参数匹配的器件;
并联支路中加入小数值均流电阻(如10~100mΩ);
强制风冷或散热片均衡热环境,防止热失控;
优先采用集成并联结构模块,避免人为搭配误差。
三、工程案例分析
在某工业电源项目中,客户选用了两颗15A/600V的UFRD并联,以满足30A续流需求。初期测试运行正常,但在持续满载运行4小时后发现一颗器件出现击穿。通过热像和电参数分析,发现其中一颗器件VF略低,承载电流偏大,在无风冷条件下温升迅速超过额定值,导致热失效。
改进方案采用如下措施:1)更换为同型号、同批次器件,2)在两支路串接47mΩ均流电阻,3)加装铝基散热片并配合风冷,问题最终得以解决。
MDD辰达半导体的超快恢复二极管在串并联设计中,均压均流问题不可忽视。无论是从器件选型、外围电路设计,还是散热结构规划,都需要全局考虑、合理设计。作为FAE,在项目初期应积极介入客户应用评估,提出可行的器件组合建议及保护策略,避免不必要的失效与返修成本。
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