Hallo! Als Lieferant der 1N4937 werde ich oft nach der Sperrverzögerungszeit dieser Diode gefragt. Deshalb dachte ich, ich schreibe einen Blogbeitrag, um zu erklären, was es ist und warum es wichtig ist.
Beginnen wir mit den Grundlagen. Die 1N4937 ist eine Fast-Recovery-Diode. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Netzteilen, Wechselrichtern und Hochfrequenzschaltungen. Aber was macht es „schnell – Erholung“? Nun, hier kommt die umgekehrte Wiederherstellungszeit ins Spiel.
Was ist die Reverse Recovery Time?
Wenn eine Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, fließt leicht Strom durch sie. Aber wenn Sie die Vorspannung plötzlich umkehren, hört die Diode nicht sofort auf zu leiten. Tatsächlich dauert es eine Weile, bis sich die in der Diode gespeicherte Ladung auflöst, und während dieser Zeit fließt ein Rückstrom. Die Rückwärtserholungszeit, üblicherweise als trr bezeichnet, ist die Zeit, die die Diode benötigt, um in Rückwärtsrichtung nicht mehr zu leiten, nachdem der Vorwärtsstrom unterbrochen wurde.
Beim 1N4937 ist die Reverse-Recovery-Zeit relativ kurz. Dies ist wichtig, da bei Hochfrequenzanwendungen eine lange Sperrverzögerungszeit zu Leistungsverlusten, erhöhter Wärmeentwicklung und sogar Schäden an der Diode oder anderen Komponenten im Schaltkreis führen kann.
Lassen Sie uns den umgekehrten Wiederherstellungsprozess etwas genauer aufschlüsseln. Wenn der Durchlassstrom unterbrochen wird, verbleiben immer noch einige Minoritätsträger (Elektronen in einem Halbleiter vom p-Typ und Löcher in einem Halbleiter vom n-Typ) im Verarmungsbereich der Diode. Diese Träger müssen entfernt werden, bevor die Diode die Sperrspannung blockieren kann.
Die Reverse Recovery-Zeit kann in zwei Teile unterteilt werden: die Speicherzeit (ts) und die Abfallzeit (tf). Die Speicherzeit ist die Zeit, die die überschüssigen Minoritätsträger benötigen, um mit der Rekombination zu beginnen. Die Abfallzeit ist die Zeit, die der Rückstrom benötigt, um von seinem Spitzenwert auf einen kleinen Bruchteil (normalerweise 25 %) dieses Spitzenwerts abzufallen.
Warum ist die Reverse-Recovery-Zeit wichtig?
In Hochfrequenzschaltungen ist die Fähigkeit einer Diode, schnell vom leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand zu wechseln, von entscheidender Bedeutung. Wenn die Sperrverzögerungszeit zu lang ist, leitet die Diode möglicherweise immer noch, obwohl sie die Sperrspannung sperren soll. Dies kann zu einem Kurzschluss im Stromkreis führen, der zu Leistungsverlusten und möglicherweise zur Beschädigung der Komponenten führt.
Beispielsweise werden in einem Schaltnetzteil die Dioden zur Gleichrichtung der Eingangswechselspannung verwendet. Wenn die Sperrverzögerungszeit der Dioden lang ist, fließt während der Schaltübergänge ein erheblicher Rückstrom. Dadurch wird nicht nur Strom verschwendet, sondern auch Wärme erzeugt, was die Effizienz des Netzteils verringern und die Lebensdauer der Komponenten verkürzen kann.
Wie schneidet die 1N4937 im Vergleich zu anderen Dioden ab?
Es gibt andere Fast-Recovery-Dioden auf dem Markt, wie zum Beispiel dieFR307,FR207, UndFR157. Jede dieser Dioden hat ihre eigenen Spezifikationen, einschließlich der Sperrverzögerungszeit.
Der 1N4937 ist für eine relativ kurze Rückwärtserholungszeit ausgelegt und eignet sich daher für Hochfrequenzanwendungen. Welche Diode die beste Wahl ist, hängt jedoch von den spezifischen Anforderungen einer Schaltung ab. Wenn Sie beispielsweise eine Diode mit einem höheren Nennstrom benötigen, ist die FR307 möglicherweise die bessere Option. Wenn Sie jedoch nach einer Diode mit einer sehr kurzen Sperrverzögerungszeit und geringeren Stromanforderungen suchen, könnte die 1N4937 die richtige Wahl sein.
Messung der Reverse-Recovery-Zeit
Die Messung der Sperrverzögerungszeit einer Diode ist keine triviale Aufgabe. Es erfordert spezielle Testgeräte wie einen Impulsgenerator, ein Oszilloskop und ein Netzteil. Der Testaufbau umfasst typischerweise das Anlegen eines Durchlassstroms an die Diode für einen kurzen Zeitraum und das anschließende plötzliche Umkehren der Vorspannung. Anschließend wird der Sperrstrom mit dem Oszilloskop gemessen und aus der Wellenform kann die Sperrverzögerungszeit berechnet werden.
Hersteller geben in der Regel die Reverse-Recovery-Zeit in ihren Datenblättern an. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die tatsächliche Rückwärtserholzeit abhängig von Faktoren wie der Temperatur, dem Vorwärtsstrom und der Rückwärtsspannung variieren kann.
Anwendungen des 1N4937
Der 1N4937 wird aufgrund seiner kurzen Rückwärtserholungszeit häufig in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Hier einige Beispiele:
- Schaltnetzteile: Wie bereits erwähnt, kann der 1N4937 in Schaltnetzteilen zur Gleichrichtung der AC-Eingangsspannung verwendet werden. Seine kurze Sperrverzögerungszeit trägt dazu bei, Leistungsverluste zu reduzieren und die Effizienz der Stromversorgung zu verbessern.
- Wechselrichter: Wechselrichter werden verwendet, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der 1N4937 kann im Wechselrichterkreis eingesetzt werden, um die Komponenten vor Rückspannungsspitzen zu schützen und einen effizienten Betrieb sicherzustellen.
- Hochfrequenzgleichrichter: In Hochfrequenz-Gleichrichterschaltungen ist der 1N4937 aufgrund seiner Fähigkeit, schnell zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand umzuschalten, eine ideale Wahl.
Faktoren, die die Reverse-Recovery-Zeit beeinflussen
Mehrere Faktoren können die Rückwärtswiederherstellungszeit des 1N4937 beeinflussen. Einer der wichtigsten Faktoren ist die Temperatur. Mit zunehmender Temperatur verlängert sich tendenziell auch die Rückerholungszeit. Dies liegt daran, dass bei höheren Temperaturen die Rekombinationsrate der Minoritätsträger abnimmt, was bedeutet, dass es länger dauert, bis die überschüssigen Träger entfernt werden.
Der Vorwärtsstrom hat auch einen Einfluss auf die Rückwärtserholzeit. Ein höherer Vorwärtsstrom bedeutet, dass mehr Minoritätsträger in den Verarmungsbereich injiziert werden und es länger dauert, sie zu entfernen. Ebenso kann die Sperrspannung die Sperrverzögerungszeit beeinflussen. Eine höhere Sperrspannung kann dazu führen, dass sich der Verarmungsbereich verbreitert, was die Entfernung der überschüssigen Ladungsträger verlangsamen kann.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Sperrverzögerungszeit des 1N4937 ein wichtiger Parameter ist, der seine Leistung in Hochfrequenzanwendungen bestimmt. Eine kurze Sperrverzögerungszeit ermöglicht es der Diode, schnell vom leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand zu wechseln, wodurch Leistungsverluste, Wärmeentwicklung und das Risiko einer Beschädigung der Schaltungskomponenten reduziert werden.
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Referenzen
- Datenblatt von 1N4937
- „Halbleiterbauelemente: Physik und Technologie“ von SM Sze
- „Leistungselektronik: Wandler, Anwendungen und Design“ von Ned Mohan, Tore M. Undeland und William P. Robbins