1. 개술

Fast Recovery Diode(Fast Recovery Diode, FRD)는 빠른 역회복 특성을 가진 반도체 장치로 고주파 스위치 전원, 인버터, 모터 구동 및 기타 빠른 스위치가 필요한 회로에 널리 사용됩니다. 본 가이드의 목적은 엔지니어가 FRD의 특성, 유형 선택 방법 및 실제 응용에서의 주의 사항을 이해하도록 설명 드립니다.

2. FRD의 기본 특성

2.1 역회복시간(trr)

· 정의:  정방향 도통에서 역방향 차단으로 전환할 때 저장된 소수의 charge carrier를 제거하는 데 필요한 시간입니다.

· 중요성:  trr이 짧을수록 FRD의 스위칭 속도가 빨라져 고주파 응용 분야에 적합합니다.

2.2 역회복 피크 전류(Irr)

· 정의:  역방향 회복 중 역방향 전류의 최대값입니다.

· 중요성:  Irr값이 클수록 역회복 손실이 높아지므로 회로 수요에 따라 적합한 FRD를 선택해야 합니다.

2.3 역방향 회복전하(Qrr)

· 정의:  역방향 회복 과정에서 흐르는 총 전하량입니다.

· 중요성:  Qrr값은 역방향 회복 손실을 계산하는 중요한 파라미터이며 회로의 효율과 열 설계에 영향을 미칩니다.

2.4 순방향 전압강하(VF)

· 정의:  FRD는 정방향 도통 시 전압이 떨어집니다.

· 중요성:  VF가 작을수록 도통 손실이 낮아 고효율 회로에 적합합니다.

3. FRD의 유형 선택 방법

3.1 작동 전압 확인

· FRD를 선택할 때, 그 최대 역전압(VR)은 반드시 회로의 최대 역전압보다 높아야 하며, 보통 20%-30%의 마진을 남겨야 합니다.

3.2 작동 전류 확인

· FRD의 정격 순방향 전류(IF)는 회로의 최대 순방향 전류보다 높아야 하며 일반적으로 20%-30%의 마진을 남겨야 합니다.

3.3 역회복 시간 선택

· 회로의 스위칭 주파수에 따라 적절한 trr을 선택하고 고주파 응용 프로그램은 trr이 짧은 FRD를 선택합니다.

3.4 열설계 고려

· FRD의 소비전력, 열저항 및 작업에 따라 Junction temperature를 계산하여 안전한 작업온도 범위 내에 있도록 합니다.

FRD 응용에서는 순방향 도통 손실을 제외하고 역방향 도통 손실 회복도 매우 중요합니다. 다이오드의 전체 손실은 주로 이 둘에 의해 결정됩니다. 응용 프로그램에서는 실제 상황에 따라 FRD의 Trr 선택이 적절한지 평가해야 합니다.

이상적인 역방향 회복 파형에서 역방향 회복으로 인한 손실은 다음과 같습니다.

Psw-off≈Vrp*Irrm*Trr*fsw/2

실제 역회복에서 Vrp는 Vr에 가깝고 역회복으로 인한 손실은 다음과 같습니다.

Psw-off≈Vr*Irrm*Trr*fsw/2.

어떤 파형이든 고주파 응용에 대해서는 장치의 전체 전력 소비가 표준을 초과하는지, 열통제 위험이 있는지 평가해야 합니다.

장치의 전체 전력 소비량: PD=Pon+Poff+Psw-on+Psw-off(여기서 Poff는 누설 전류가 작기 때문에 Psw-on은 시간대로 인해 순방향 전압 강하가 적으며 둘의 전력 소비는 거의 무시할 수 있으며 Psw-off는 고온에서 값을 계산해야 하며 온도가 높을수록 Tr이 커지고 Psw-off도 커집니다)

열저항에 따른 대응 온도 상승 계산：DT=PD*Rthjc

장치의 실제 작동 온도에 따라 장치의 접합 온도를 계산：Tj=Tc+DT

장치의 결온 Tj가 Tjmax를 초과하지 않도록 하고 일정량의 여량을 확보합니다.

다음 두 FRD는 동일한 전류 전압 규격을 가지고 Trr의 차이는 작지만 역회복 손실은 차이가 크며 고온 조건에서는 차이가 더욱 커지고 이로 인한 전력 소모량 차이도 무시할 수 없습니다.

5A/200V, 주파수 65KHz 적용에 따라 역회복 손실을 계산：
샘플 A의 역회복 손실 Psw-off=0.77W
샘플 B의 역회복 손실 Psw-off=0.12W

소프트 리커버리와 하드 리커버리

전류가 너무 갑자기 복구되면 소음이 더 많이 발생합니다. 따라서 trr은 작아야 할 뿐만 아니라 회복이 더뎌야 합니다. 아래 숫자 1과 3은 규격에서 같은 trr을 가질 수 있지만 손실과 소음은 크게 다릅니다. 그리고 2번은 규격을 봤을 때 굉장히 좋아보이지만 소음이 많이 납니다.