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雪崩二极管如何提供过压保护？

来源：发布日期 2020-07-07 16:52:12浏览：-

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在高性能应用中，IGBT高速开关时，经常会产生过电压。例如，当负载电流电路关闭时，集电极和发射极电压突然上升到一个非常高的峰值。由开关引起的过电压会严重损坏甚至摧毁开关晶体管。

雪崩二极管如何帮助防止过电压?

常见的过电压保护方法是“主动箝位”。在这种情况下，使用雪崩二极管作为直接反馈。如果关断导致电感负载的峰值过电压，则将雪崩二极管导至IGBT门，并再次接通IGBT。

上图中显示的基本原理:当电压上升时,二极管屏蔽(a)。在耗尽区,由自由电子触发雪崩时,电压突然下降到低于30 v的击穿电压水平,和雪崩二极管(b)立即分解。在重新启动之前,有时雪崩目前只能在短时间内保持稳定,和(c)再次上升。击穿电压延迟(d),两个故障事件之间的时间,是不可预测的。

具有改善噪声性能的雪崩二极管被推荐用于主动箝位过电压保护，因为它们可以:

逆电压快速上升时快速击穿

在小电流(小于~ 1mA)时击穿电压更稳定

其他器件如IGBT、MOSFET的使用寿命得到延长

吗?由于需要更换的部件较少，可以节省变频器或电机控制器等应用程序的成本。

雪崩二极管噪声是如何产生的?

雪崩二极管的噪声来自于雪崩的连续开断，即连续产生电压峰值和突然击穿(见图)。触发雪崩崩溃有两个先决条件

1. 有足够的击穿电压来产生碰撞电离的临界电场强度。

2. 自由电子的存在导致泄漏电流。

例如，1.6pa = 1.6 x 10-12a的泄漏电流等于107电子每秒通过阻挡层的电子流率，这意味着雪崩每100 ns只能触发一次。然而，由于不是每个电子都能触发雪崩，它实际上需要更长的时间。因此，触发雪崩击穿的概率与泄漏电流成正比。也就是说，泄漏电流越大，触发雪崩击穿的概率越高，击穿延迟时间(图中D)越短。

在两个脉冲泄漏电流电子之间，二极管上的反向电压可以显著上升到击穿电压水平以上。只有当下一个冲击电子触发雪崩时，二极管电压才会突然下降到击穿电压水平。

如果电压源提供足够的电流，如1mA，雪崩击穿可以通过连续的碰撞电离来维持自身的运行，从而产生稳定的雪崩电流。

但是，如果源电流过低，例如100 a，在击穿电压水平以下的雪崩电压突然下降，导致二极管放电，这会使雪崩击穿立即停止。此时，需要一段时间给二极管和线电容充电，使低源电流达到所需的电压水平，然后下一个电子可以触发新的雪崩。连续的开关这种雪崩导致典型的噪声雪崩二极管击穿。

图中还显示了二极管噪声性能的差异:显示了两个z二极管(齐纳二极管)的击穿电压范围，在100°a反向电流(IR)下测量的击穿电压为30V。其中一个二极管是基于标准技术和使用非常低的泄漏电流，而另一个使用“低噪声技术”。采用“低噪声技术”的齐纳二极管比另一个二极管(c)具有更强的稳健性电压特性，后者只能在短时间内保持恒定的雪崩电流。

ASIM提供Z-Diodes“低噪声技术”,包括SMF bzd27,就其03,bzg04, bzg05,请和vtv系列,由于适度增长的泄漏电流(IR ~ 10 na),显著增加引发雪崩击穿的可能性,从而降低噪音,为用户提供更稳定的击穿电压较低的电流(不到~ 1 ma)和更快的快速上升的反向击穿电压。

二极管噪声的进一步影响因素

泄漏电流随温度的升高呈指数增长，即噪声随温度的升高而减小;光也可以在二极管的耗尽区释放自由电子，从而降低噪声水平。这意味着:环境越黑暗、越冷，噪音水平就越高。