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如何测量二极管电容和反向恢复

前几天,来自采购部门的Linda遇到了一个问题:来自运营部门的Lou需要更换开关电源上的短路二极管。 darned的东西标有一个奇怪的部件号,没有任何GOOGLE搜索可以破译。

有一个可识别的徽标标记,但该制造商无法提供数据表。零件编号来自之前收购的企业,对于特定客户而言是独一无二的。大家独自一人。

幸运的是,还有第二个相同的单元用于维修,而Lou能够为我提供相同类型的良好二极管。现在我所要做的就是找出它是什么。标准整流二极管?齐纳?肖特基?反向电压击穿额定值?结电容?恢复时间?

从DO-41封装尺寸可以很容易地推断出额定功率为瓦特。注入各种电流测量正向压降也很容易,以确定它不是肖特基二极管。串联几个电源并逐渐增加反向电压(在达到齐纳阈值时具有足够的串联电流限制电阻)证明它不是齐纳二极管 - 至少不低于200伏。

所需的PIV额定值可以通过首先替换具有高额定电压的测试二极管并稍后确定范围来解决。

这只留下未知的结电容Cj和反向恢复时间Trr。这是二极管在突然从正向偏置切换到反向偏置时保持导通的时间。我不得不想办法测量这些参数。没有异国情调的设备;足以进入球场 - 换句话说,一个函数发生器,具有40ns的下降时间和100MHz的范围,这是我必须使用的。

如何测量二极管电容和反向恢复

测试设置很简单:使用5V脉冲驱动被测二极管(DUT) - 直流偏移设置为负极以偏置二极管仅在正峰值期间开启。限制DUT的两侧并在关闭边缘触发。改变DC电压偏移控制DUT正向电压和传导电流。测量DUT导通电流,测量其50Ω串联电阻上的压降。

首先要做的是描述测试设置。像这样的MickeyMouse?测试如何与真正的二极管相关?这是通过首先测量一些已知的DUT进行比较并确定设置的有效性来确定的。我测试了以下DUT,发现结果非常有趣:

1N4002 - 标准日常整流器,额定Cj为15pF,未指定Trr

1N4148 - 高速开关二极管,指定Cj为4pF,Trr为8ns

MUR880 - 高电流,快速恢复整流二极管,指定Cj为300pF,Trr为200ns

神秘DUT

100ns/div的时间刻度对于所有图像都是恒定的为了便于比较。

如何测量二极管电容和反向恢复


从1N4002开始,设置脉冲发生器的直流偏移,使脉冲的高电平为零伏,从顶部开始两个分压,降至-5V反向偏见。 DUT没有进入导通状态,非常轻微的负电流(蓝色迹线)是由DUT的小Cj电容引起的。

如何测量二极管电容和反向恢复


为了将来参考,临时增加了一个120pF的电容DUT,然后移除剩余的测量值。蓝色电流仅由电容引起,必须与反向电流区分开来。
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如何测量二极管电容和反向恢复


脉冲发生器直流偏移设置为400mV更正,才开始打开DUT。在下降沿之前的左侧的高黄色部分显示DUT两端的400mV正向电压。大电压阶跃导致小的反向电流流动。
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直流偏移提高100mV,使DUT更硬,Vf = 500mV。反向电流为2V/50Ω= 40mA,持续时间约为100ns。
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直流偏移再升高100mV,使DUT开启得更硬,Vf = 600mV。现在反向电流达到60mA,恢复时间变得非常明显。
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如何测量二极管电容和反向恢复


如果Vf = 700mV,正向电流= 16mA,则再增加100mV的DC偏移。二极管驱动为正向导通越困难,反向恢复时间越长。上图显示DUT的导通电流约为1200ns,在开关关闭之前,整个结点的电压约为600mV。这表明标准整流二极管在50或60Hz时是如何正常使用的,其中逐渐平滑变为反向偏置比二极管的Trr长得多。但是你可以看到,在突然的开关模式操作中,二极管在很长一段时间内成为虚拟短路。不好。

现在让大家将上面的内容与1N4148进行比较。

如何测量二极管电容和反向恢复


调整DC偏移以使1N4148接通硬,Vf = 800mV,If = 20mA。在这个边缘速度下没有可测量的反向恢复时间。
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如何测量二极管电容和反向恢复


调整直流偏移和幅度,使1N4148硬接通到脉冲发生器的极限,50欧姆终端在DUT输入端暂时移除,最大正向电流为100mA,仍然没有可测量的反向电流。请注意,比例已暂时更改为5V/div。
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接下来让大家比较MUR880。

如何测量二极管电容和反向恢复


MUR880,Vf = 0伏。较高的Cj导致下降沿的电流流动 - 基于先前测量的120pF电容值,约为100pF - 优于300pF的数据手册规格。

如何测量二极管电容和反向恢复

MUR880硬接通,Vf = 600mV,If = 20mA。根据数据表,Trr约为200ns。

如何测量二极管电容和反向恢复

MUR880像以前一样被驱动到脉冲发生器的极限。 If和Irr都是100mA。刻度暂时改为5V/div。正如预期的那样,反向恢复时间仍为200ns。
小型Trr使得该二极管适用于高电流开关模式,但即便如此,工作频率的限制之一是二极管的导通速度有多快。同步驱动的FET代替二极管可以克服这一限制。

最后大家看一下未知的二极管。

如何测量二极管电容和反向恢复

未知的DUT,Vf = 0伏。我暂时提高了蓝色灵敏度并用DUT代替小电容来发现DUT Cj在零偏压时约为25pF。

如何测量二极管电容和反向恢复

未知DUT硬接通,Vf = 600mV,If = 20mA。 Trr大约是100ns。

如何测量二极管电容和反向恢复

未知的DUT,像以前一样被驱动到脉冲发生器的极限。 If和Irr都是100mA。请注意,刻度已暂时更改为5V/div。反向恢复时间仍为100ns。

根据上述测量结果,UF4004或UF4007将是替代未知快速恢复DUT的不错选择。我告诉Linda得到两者并让Lou首先尝试1000V UF4007,测量峰值Vr,如果足够低,使用400V UF4004,其前向VI曲线更接近未知。

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