ダイオード中小型編
電気的特性4-1

2009-09-30 (BFJ0048A)

ダイオード中小型編: 電気的特性
4.

電気的特性

表 4.1 に示す整流ダイオードの最大定格と電気的特性を例にとって、基本的な用語の意味を説明します。

4.1

図式記号
●ダイオード

表 4.1 整流ダイオード (HED) 定格/特性例 [10DL2CZ47A]
種 類

図式記号

種 類ダイオード(一般)A

K

定電圧ダイオード (単方向)AK■

定電圧ダイオード(双方向)

目記 号

⎯定格

K

⎯

単位VRRM

200V

流IO

10A

ピーク 1 サイクル･サージ電流

IFSM

接合

温度

Tj

−40~150°C

保存

温度

Tstg

−40~150°C

ピ ー ク 繰 り 返 し 逆 電 圧

■

A最大定格
項平図式記号

均整流

電50 (50 Hz)
55 (60 Hz)A

電気的特性
項目

測定条件 (Ta = 25°C)

記 号

規格最大値

単位圧

VFM

IFM = 5 A

0.98V

ピ ー ク 繰 り 返 し 逆 電 流

IRRM

VRRM = 200 V

50µA

逆回

復時

間trr

IF = 2 A,
di/dt = −20 A/µs

35

ns

順

回

復時

間tfr

IF = 1 A

100

ns

Rth (j-c)

DC Total

3.6°C/Wピー

熱 抵 抗ク順

電( 接 合 ･ ケ ー ス 間 )◆ VRRM (ピーク繰り返し逆電圧): 電圧定格を表し、素子の両端 (アノード･カソード間) に繰り返し印加できる逆電圧の最大許容瞬時値です。一般的に VRRM は波高値、VR は直流レベルを表しています (図 4.1)。

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VRRM

IFSM
00VR

tt = 10 ms (50 Hz)
t = 8.3 ms (60 Hz)

(a)

VRRM

図 4.1(b)VR

VRRM と VR の表す意味

図 4.2

IFSM の表示◆ IO (出力整流電流): 電流定格を表し、指定条件下で商用周波数 (50 Hz、60 Hz) の正弦波を全波整流したときに流し得る最大出力電流です。また IF (AV) という表現は単体のダイオードで規定される「平均順電流定格」で、通常、正弦半波もしくは矩形波で規定されます。な
お、IO はセンタタップ型のような複合素子で使用されています。
◆ IFSM (ピーク 1 サイクルサージ電流): 商用周波数の正弦半波 1 サイクルを順方向に流すことができる非繰り返しの最大許容ピーク電流値です。つまり、図 4.2 に示すように、50 Hz のときは t = 10 ms、60 Hz のときは t = 8.3 ms の正弦波の値を表しており、次の関係があります。
IFSM (50 Hz) × 1.1 = IFSM (60 Hz)◆ VFM (ピーク順電圧): 指定された電流値での順方向電圧降下値です。
◆ IRRM (ピーク繰り返し逆電流): 指定された逆電圧値での逆方向漏れ電流値です。IRRM と IR(逆電流) の関係は、VRRM と VR の関係と同じです。なお、各デバイスの間では、
SBD > HED、FRD > 一般用の順で IRRM と IR は小さくなります。
また、SBD は、これらの中でその値が極端に大きく (ほかの製品に比べ 102 倍程度以上) なっています。
◆ tfr (順回復時間): 順方向に電圧を印加したとき、通電電流が素子の全面に拡がるまでの時間、換言すれば、ダイオードのターンオン時間のことです。高耐圧品ほど大きくなります。
◆ Rth (j-c) (熱抵抗): 指定された場所間の熱抵抗です。
通常 1 W 当たりの温度差で表わされ、(j-a)
は接合と周囲間を表します。
素子を選定する場合には、これらの項目を考慮する必要があり、以下にその手順を参考として記述します。

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4.2

電気的試験法

4.2.1

逆回復時間
(1) 逆回復時間拡大
試料

逆回復電流波形trr
電流プローブにより観測

S
B

IF0A

IR

0.1 × IR

図 4.3

電源 A により試料に指定の順電流 IF を通電し、スイッチを ON にすると、電源 B より逆回復電流IR が流れます。
電流プローブにより波形を観測し、規定のポイントにて trr を測定します。
(2) 実装逆回復時間測定法

S1

逆回復電流波形
R
試料

VC

S2

L

電流プローブ
にて観測

C

VIFM
di/dt

trr

0.1 × IRP
IRP

図 4.4

回路は、S1 を ON とし試料に順電流を通電し、S1 が ON 状態のまま S2 を ON とすると試料に逆バイアスが印加し、図 4.4 の逆電流が瞬時流れます。
電流プローブにより波形を観測し、規定のポイントにて trr を測定します。
測定中、接合温度が上昇しないよう順電流の繰り返しデューティは 1%以下で通電する必要があります。

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順回復時間

R1IF 波形観測
試料

パルス発生器

VF 波形観測

R24.3

R1: 電流制限抵抗
R2: 無誘導抵抗

図 4.5

パルス発生器で方形波パルスを発生させ、試料に指定の順電流 (IF) を流しオシロスコープにより順回復
時間 (tfr) を測定する。
測定時の接合部の温度上昇を小さくするため繰り返しのデューティは 1%以下が望ましい。
アノード電流IF0tr < 100 nstr
アノード電圧VF時間

1.1Vf
Vf0時間tfr

図 4.64-6

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表 4.2 素子選定の手順~1 kHz

一般用

1~30 kHz

FRD30 kHz~(a)

電流定格

選択素子

電圧定格

周波数

HED, SBD

スイッチング周波数(参考)交流ライン側で使用

最大印加電圧の2~3 倍以上直流回路で使用

最大印加電圧の1.5~2.0 倍以上

突入電流の小さい負荷定常負荷電流の2 倍以上

突入電流の大きい負荷定常負荷電流の3 倍以上

(b)

放熱設計

定格の選定(参考)● 整流ダイオードの選定と放熱設計① 使用するスイッチング周波数で整流ダイオードの種類を選定 (表 4.2 (a) 参照) する。
② 素子に印加される電圧および通電電流 (負荷電流) から、電圧･電流定格を選択 (表 4.2 (b)参照) する。
③ ①、②の概略の素子選定後、実負荷に対する放熱設計を行う。
放熱設計は、負荷条件に対し素子の接合温度 Tj が規格最大値を超えないようにする必要があります。目安として以下の関係式が用いられます。
Tj max − α = Ta max + PF (AV) × {Rth (j-c) + Rth (c-f) + Rth (f-a)} ............ (1)または、TC max − α = Ta max + PF (AV) × {Rth (c-f) + Rth (f-a)} ........................... (2)
ここで、Tj max : 最大接合温度 (通常 125~150°C)
α: 温度の余裕度

Ta max : セットの最大周囲温度
PF (AV) : 通電電流に対する素子の平均損失 (個別資料の値)
Rth (c-f) : 素子と放熱フィンの接触熱抵抗
Rth (f-a) : 放熱フィンの熱抵抗
Tc max : 通電電流時の素子最高許容ケース温度 (個別資料の値)(2) 式は (1) 式の変形で、Tc max が個別資料に発表される場合に適用できます。Rth (c-f) は素子の外形などにより変わりますが、TO-220 クラスで 0.5°C/W 程度です。(1) 式と (2) 式から Rth (f-a)、すなわち放熱フィンを決定します。
以上は定常時の熱の流れを考慮したものですが、突入電流などで過渡時の熱の流れを考慮する場合は、別途設計が必要となります。

4-7

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また、特に交流ライン側で整流ダイオードを使用する場合、図 4.7 に示すようなスナバ回路やバリスタを過電圧保護用として挿入する必要があります。
以上のとおり、整流ダイオードを使用する場合、放熱設計が重要な要素となります。
このほか、最近の高速スイッチングの増大と高周波化に伴ない、素子自身が発生す

負AC
ラインスナバ回路
バリスタ

荷るスイッチングノイズが問題になってきています。
このノイズを抑えるために素子にフェ図 4.7 整流ダイオードの過電圧保護

ライトやアモルファスビーズを挿入していますが、発生ノイズを素子側で低く抑える観点から、さらにスイッチング性能を改善することが求められています。

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