Was ist die Reverse-Recovery-Zeit in einer Diode?

Was ist die Reverse-Recovery-Zeit in einer Diode?

Wenn eine Diode in einem Vorwärtszustand leitet und sofort in einen Rückwärtszustand geschaltet wird, leitet die Diode für eine kurze Zeit in einem Rückwärtszustand, während die Vorwärtsspannung abfällt. Der Strom durch die Diode ist während dieser kleinen Erholungszeit in umgekehrter Richtung ziemlich groß.

Nachdem die Ladungsträger gespült wurden und die Diode im umgekehrten Zustand wie eine normale Blockiereinrichtung wirkt, sollte der Stromfluss auf ein Leckniveau abfallen.

Dies ist nur eine allgemeine Beschreibung der Reverse Recovery-Zeit. Wie in den Kommentaren erwähnt, kann es je nach Kontext einige Dinge beeinflussen.

Eine Raumladung innerhalb eines PN-Übergangs muss hergestellt werden, bevor Durchlassstrom fließen kann. (Wenn der erste Satz macht fragen, warum, die wirklich eine andere Frage ist - vielleicht diese können helfen , gerade Blick Lassen Sie sich auf der Dynamik der Gründung und diese Raumladung zu neutralisieren..)

Ab Null kann diese Raumladung recht schnell aufgebaut werden, da eine von außen angelegte Vorwärtsvorspannung Elektronen von außen herumleiten kann. Elektronen diffundieren vom Material vom n-Typ in die Kante des Materials vom p-Typ, Löcher im Material vom p-Typ diffundieren in die Kante des Materials vom n-Typ, und an den Metallgrenzflächen werden neue Elektronen in das n- Typende und Löcher werden am p-Typende erzeugt, um freie Elektronen zu erzeugen, die in der externen Schaltung fließen können. Alle diese Ströme sind Ströme von Majoritätsträgern in ihren jeweiligen Materialien, so dass die Diffusion durch viel größere Konzentrationsgradienten schnell erfolgt. Eine Raumladung entwickelt sich schnell, weil Majoritätsträger fließen, um die Diode einzuschalten - Elektronen im n-Typ-Material und Löcher im p-Typ-Material.

Wenn jedoch die externe Spannung dann umgekehrt wird, um eine umgekehrte Vorspannung zu sein, wird die Raumladung zu sich selbst angezogen, um sich neu zu kombinieren. Diese Rekombination geschieht jedoch nur durch die Verbreitung von MinderheitenTräger. Diese Minoritätsträgerdiffusion weist viel kleinere Konzentrationsgradienten auf und diffundiert daher Größenordnungen langsamer. Eine externe Schaltung, die eine Sperrvorspannung bereitstellt, kann dazu beitragen, diese Rekombination zu beschleunigen, da sie eine schnellere Neutralisierung überschüssiger Löcher, die zum p-Typ-Material zurückwanderten, und die Entfernung überschüssiger Elektronen, die zum n-Typ-Material zurückwanderten, ermöglicht. Es wird angenommen, dass diese Loch-Elektronen-Rekombination oder Ladungsneutralisation im Wesentlichen sofort an den Halbleiter-Metall-Grenzflächen stattfindet. Wenn also der externe Strom Elektronen unter Sperrvorspannung zuführen und entfernen kann, geht dies viel schneller als die "normale" Loch-Elektronen-Rekombination Rate in der Masse des Halbleiters. Aus diesem Grund können während der Reverse Recovery-Zeit enorme Rückströme auftreten.

Ich habe eine kleine Simulation der Reverse Recovery-Zeit in einer 1N4007-Diode im Vergleich zu einer 1N4148 zusammengestellt :

Die Demo zeigt, dass die Dioden unter einer Rechteckwelle geschaltet werden und dass der 1N4007 einige Mikrosekunden benötigt, um vollständig ausgeschaltet zu werden!

(Siehe auch ein PDF mit dem Titel "Rekombinationszeit in Halbleiterdioden" .)

Wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und Sie sie ausschalten möchten, dauert es eine Weile, bis die freien Ladungsträger, die über den Übergang fließen, gelöscht sind (Elektronen müssen in den n-Bereich zurückkehren und Löcher müssen in den p-Bereich zurückkehren, dann können sie rekombinieren an der Anode bzw. der Kathode). Diese Zeit wird als "Reverse-Recovery-Zeit" bezeichnet, und der durch die Diode fließende Gesamtstrom ist negativ, da die Ladungsträger in Bezug auf die Vorwärtsvorspannung in entgegengesetzte Richtungen fließen. Die während der Sperrverzögerungszeit fließende Ladung wird als "Sperrverzögerungsladung" bezeichnet und muss von der Diode gelöscht werden ("Wiederherstellung" vom Sperrverzögerungszustand in den neutralen Zustand), bevor Sie sie einschalten können. Letztendlich hängt das Phänomen der Rückerholung von der Siliziumdotierung und -geometrie ab und ist ein parasitärer Effekt bei Dioden, da die am Prozess beteiligte Energie verloren geht.

Die Zeit, die eine Diode benötigt, um ihren Zustand von vorwärts vorgespannt (EIN-Zustand) auf AUS-Zustand umzuschalten, wird als "Reverse Recovery Time" bezeichnet. Wenn eine Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und Sie sie ausschalten, dauert es eine Weile, bis sie vollständig ausgeschaltet ist. In dieser Zeit erreicht eine Diode zuerst einen Zustand mit Rückwärtsvorspannung und erreicht dann langsam den AUS-Zustand, anstatt direkt einen AUS-Zustand zu erreichen. Während dieser Zeit gehen die Elektronen zurück in den n-Bereich und die Protonen zurück in den p-Bereich, um den AUS-Zustand zu erreichen, und der durch die Diode fließende Gesamtstrom ist negativ, da die Ladungsträger in Bezug auf die Vorwärtsvorspannung in entgegengesetzte Richtungen fließen. Die während der Sperrverzögerungszeit fließende Ladung wird als Sperrverzögerungsladung bezeichnet.

Beim Umschalten vom leitenden in den sperrenden Zustand hat eine Diode oder ein Gleichrichter Ladung gespeichert, die zuerst entladen werden muss, bevor die Diode den Sperrstrom sperrt. Diese Entladung benötigt eine begrenzte Zeit, die als Reverse Recovery Time oder trr bezeichnet wird. Während dieser Zeit kann der Diodenstrom in umgekehrter Richtung fließen.

Wenn Sie eine Diode ausschalten, fließt aufgrund der in der Verarmungsschicht gespeicherten Ladungen für eine bestimmte Zeit ein Sperrstrom durch die Diode. Die Zeit, in der der Sperrstrom beginnt, durch die Diode zu fließen und seinen Spitzenwert erreicht und wieder abfällt und 25% seines Spitzenwerts erreicht, wird als Sperrerholungszeit der Diode bezeichnet.

Die während der Sperrverzögerungszeit fließende Ladung wird als Sperrverzögerungsladung bezeichnet. Beim Umschalten vom leitenden in den sperrenden Zustand hat eine Diode oder ein Gleichrichter Ladung gespeichert, die zuerst entladen werden muss, bevor die Diode den Sperrstrom sperrt.

Wenn die Diode im Vorwärtsvorspannungszustand plötzlich leitet, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, und die Elektronen, die im Begriff sind, mit dem Pluspol verbunden zu werden, wenn sie jetzt in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist (in Sperrrichtung vorgespannt), können sich nicht mit dem Pluspol verbinden und haben in die p-Region zurückzukehren und sich als Minderheitsträger niederzulassen. Die dafür benötigte Zeit wird als Erholungszeit bezeichnet.

Wenn der Vorwärtsdiodenstrom auf Null abfällt, leitet die Diode aufgrund des Vorhandenseins gespeicherter Ladungen in den beiden Schichten in der umgekehrten Richtung weiter. msgstr "der Rückstrom fließt für eine Zeit, die als Rückerholungszeit bekannt ist".