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          6. 怎么借助雪崩二極管提供過壓保護
            • 發布時間:2019-12-06 16:41:33
            • 來源:
            • 閱讀次數:
            怎么借助雪崩二極管提供過壓保護
            當IGBT在高性能應用中高速接通和斷開時,總會發生過壓。例如,當關閉負載電流電路時,集電極 - 發射極電壓突然上升,達到非常高的峰值。由開關引起的過電壓會嚴重損壞甚至破壞開關晶體管。
            雪崩二極管
            雪崩二極管如何幫助防止過電壓?
            常見的過電壓保護方法是“有源鉗位(active clamping)”。在這種情況下,雪崩二極管用作直接反饋。如果關斷導致電感負載過壓峰值,則由雪崩二極管傳導至IGBT柵極,并且IGBT重新接通。
            配圖顯示了基本原理:當電壓上升時,二極管被阻斷(A)。在耗盡區中,一個自由電子觸發雪崩的瞬間,電壓突然下降到低于30V的擊穿電壓電平,雪崩二極管立刻擊穿(B)。在重新啟動之前,有時只能保持雪崩電流在短時間內穩定,并且電壓再次上升(C)。擊穿延遲(D)即兩次擊穿事件之間的時間,是不能預測的。
            建議將具有改善噪聲性能的雪崩二極管用于有源鉗位過壓保護,因為它們能夠:
            ˙ 在快速上升的反向電壓下,更快擊穿
            ˙ 在低電流(低于~1mA)時具有更穩定擊穿電壓,因此:
            ˙ 延長其它組件的壽命,例如 IGBT或Mosfets,結果:
            ˙ 為變頻器或電機控制器等應用節省成本,因為組件較少需要更換。
            雪崩二極管的噪聲是如何產生的?
            雪崩二極管的噪聲來自雪崩的不斷接通和斷開,即電壓峰值的不斷產生及其突然擊穿(見圖)。觸發雪崩擊穿有兩個先決條件:
            1. 存在足夠的擊穿電壓以產生用于碰撞電離的臨界電場強度。
            2. 存在自由電子,因而形成漏電流。
            例如,1.6pA = 1.6 x 10-12A漏電流等于通過阻擋層的電子流速為每秒107電子,這意味著在統計上每100ns只能觸發一次雪崩。然而,由于不是每個電子都會觸發雪崩,實際上觸發時間會更長。因此,觸發雪崩擊穿的概率與泄漏電流成比例。換句話說:漏電流越大,觸發雪崩擊穿的概率越高或擊穿延遲時間越短(圖中:D)。
            在兩個沖擊漏電流電子之間,二極管處的反向電壓可以顯著上升到高于擊穿電壓電平。只有當下一個沖擊電子觸發雪崩時,二極管的電壓才會突然下降到擊穿電壓水平。
            如果電壓源提供足夠的電流,例如 1mA,雪崩擊穿可以通過連續的碰撞電離保持自身運行,從而產生穩定的雪崩電流。
            但是,如果源電流太低,例如100μA,低于擊穿電壓電平的雪崩電壓突然下降,使得二極管放電,將導致雪崩擊穿立即再次停止。這時,需要一定的時間來使二極管和線電容充電,使低源電流達到所需的電壓電平,然后下一個電子才能觸發新的雪崩。這種雪崩的不斷接通和斷開導致雪崩二極管擊穿的典型噪聲。
            二極管噪聲性能的差異在圖中也可見:圖中顯示了兩個Z二極管(齊納二極管)的擊穿電壓范圍,在100μA的反向電流(IR)下測得的擊穿電壓為30V。其中一個二極管基于標準技術,使用極低的漏電流,另一個則采用“低噪聲技術”。具有“低噪聲技術”的齊納二極管具有更穩健的電壓特性,優于僅能在短時間內保持恒定雪崩電流的另一個二極管(C)。
            威世提供采用“低噪聲技術”的Z二極管,這些新一代產品包括SMF、BZD27、BZG 03、BZG04、 BZG05、PLZ 和 VTVS系列,由于適度增加漏電流(IR~10nA)而明顯增加了觸發雪崩擊穿的可能性,從而降低了噪聲,并為用戶提供了在低電流(低于~1mA)時更穩定的擊穿電壓以及快速上升反向電壓的更快擊穿。
            二極管噪聲的更進一步影響因素
            漏電流隨溫度增加而呈指數上升,即噪聲隨溫度升高而降低;光還可以釋放二極管耗盡區中的自由電子,從而降低噪聲水平。這意味著:四周環境越暗越冷,噪音水平越高。
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