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超快恢復二極管器件串并聯導致均壓均流問題分析

2025-07-31 來源: 作者:深圳辰達半導體有限公司 原創文章
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關鍵詞: 超快恢復二極管 串聯均壓 并聯均流 工程案例 設計建議

在電源系統、變頻器及高頻功率變換設備中,MDD辰達半導體的超快恢復二極管憑借其反向恢復時間短、開關損耗低的特點,廣泛應用于高頻整流和續流電路。但在某些大功率應用中,為了滿足更高的電壓或電流需求,工程師往往采用器件串聯或并聯的方式。然而,若忽視器件之間的特性差異及配套設計,容易引發均壓均流問題,最終造成電路效率降低甚至器件失效。

一、串聯應用中的均壓挑戰
當需要承受更高的反向電壓時,工程師會將多個快恢復二極管進行串聯。理論上,串聯后的耐壓能力為單顆器件的數倍,但實際上由于器件正反向特性、結電容、漏電流等參數存在差異,電壓無法均勻分布。
在反向狀態下,某一顆器件漏電流較小或反向恢復時間更長時,它將承擔更高的電壓壓力,導致局部器件過壓而擊穿。為了解決這個問題,常見做法是在每個二極管兩端并聯電阻(靜態均壓)和電容(動態均壓),以平衡靜態漏電流和動態電壓變化。合適選型的RC吸收網絡,是實現電壓均衡的關鍵。
設計建議:
靜態均壓電阻選取應以漏電流平衡為標準;
動態均壓電容需考慮二極管的恢復時間,避免形成串聯諧振;
串聯器件盡可能選用同批次、參數接近的型號;
建議使用封裝集成多管并串結構,避免手動搭配誤差。

二、并聯應用中的均流難點
在要求更大正向導通電流或降低單顆二極管功耗時,工程師會采用快恢復二極管并聯方案。然而由于導通電阻、電感、封裝熱阻等因素不一致,各支路承載電流不均,容易導致某顆器件過熱或失效。
一方面,導通電壓(VF)差異會直接影響電流分配,VF低的器件會先導通并承載更多電流;另一方面,封裝的熱阻差異亦會造成溫升不一致,進而影響VF,形成熱失控正反饋。尤其在沒有良好散熱設計的條件下,均流失衡的問題更為嚴重。
解決方案:
選型時需嚴格篩選VF、電流參數匹配的器件;
并聯支路中加入小數值均流電阻(如10~100mΩ);
強制風冷或散熱片均衡熱環境,防止熱失控;
優先采用集成并聯結構模塊,避免人為搭配誤差。

三、工程案例分析
在某工業電源項目中,客戶選用了兩顆15A/600V的UFRD并聯,以滿足30A續流需求。初期測試運行正常,但在持續滿載運行4小時后發現一顆器件出現擊穿。通過熱像和電參數分析,發現其中一顆器件VF略低,承載電流偏大,在無風冷條件下溫升迅速超過額定值,導致熱失效。
改進方案采用如下措施:1)更換為同型號、同批次器件,2)在兩支路串接47mΩ均流電阻,3)加裝鋁基散熱片并配合風冷,問題最終得以解決。

MDD辰達半導體的超快恢復二極管在串并聯設計中,均壓均流問題不可忽視。無論是從器件選型、外圍電路設計,還是散熱結構規劃,都需要全局考慮、合理設計。作為FAE,在項目初期應積極介入客戶應用評估,提出可行的器件組合建議及保護策略,避免不必要的失效與返修成本。



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