電力二極體的結構特點_電力二極體基本特性

2020-11-25 電子發燒友

電力二極體的結構特點_電力二極體基本特性

發表於 2018-01-16 10:25:33

電力二極體的結構特點

電力二極體（PowerDiode，PD）是指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極體，它與其他電力電子器件相配合，作為整流、續流、電壓隔離、鉗位或保護元件，在各種變流電路中發揮著重要作用。

電力二極體與小功率電力二極體的結構、工作原理和伏安特性相似，但它的主要參數的規定、選擇原則等不盡相同，使用時應當引起注意。

電力二極體的內部結構也是一個PN結，其面積較大，最新研製出的特殊二極體如快速恢復二極體，在製作工藝上有新的突破，使開關時間大為減少。

電力二極體引出兩個極，分別稱為陽極A和陰極K，使用的符號也與中、小功率電力二極體一樣，如圖1所示。由於電力二極體的功耗較大，它的外形有螺旋式和平板式兩種。螺旋式二極體的陽極緊拴在散熱器上。平板式二極體又分為風冷式和水冷式，它的陽極和陰極分別由兩個彼此絕緣的散熱器緊緊夾住。

圖1  電力二極體的外形、結構和電氣圖形符號

a）外形b）結構c）電氣圖形符號

PN結的反向截止狀態，PN結的單向導電性；

PN結的反向擊穿：有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導致熱擊穿。

PN結的電容效應：PN結的電荷量隨外加電壓而變化，呈現電容效應，稱為結電容CJ，又稱為微分電容。

結電容按其產生機制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴散電容CD勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。

勢壘電容的大小與PN結截面積成正比，與阻擋層厚度成反比而擴散電容僅在正向偏置時起作用。在正向偏置時，當正向電壓較低時，勢壘電容為主正向電壓較高時，擴散電容為結電容主要成分結電容影響PN結的工作頻率，特別是在高速開關的狀態下，可能使其單向導電性變差，甚至不能工作，應用時應加以注意。

造成電力二極體和信息電子電路中的普通二極體區別的一些因素：

正嚮導通時要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導調製效應不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應也會有較大影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。

電力二極體的基本特性

1、靜態特性

1）主要是指其伏安特性

2）正向電壓大到一定值（門檻電壓Uto），正向電流才開始明顯增加，處於穩定導通狀態。與If對應的電力二極體兩端的電壓即為其正向電壓降Uf。

3）承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數值恆定的反向漏電流。

圖 2 電力二極體的伏安特性

2、動態特性

因為結電容的存在，電壓—電流特性是隨時間變化的，這就是電力二極體的動態特性，並且往往專指反映通態和斷態之間轉換過程的開關特性。

由正向偏置轉換為反向偏置

1）電力二極體並不能立即關斷，而是須經過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進入截止狀態。

2）在關斷之前有較大的反向電流出現，並伴隨有明顯的反向電壓過衝。

延遲時間：td=t1-t0

電流下降時間：tf=t2-t1

反向恢復時間：trr=td+tf

恢復特性的軟度：tf/td，或稱恢復係數，用Sr表示。

圖 3 電力二極體的動態過程波形

a）正向偏置轉換為反向偏置b）零偏置轉換為正向偏置

由零偏置轉換為正向偏置

先出現一個過衝Ufp，經過一段時間才趨於接近穩態壓降的某個值（如2V）。

正向恢復時間Tfr

出現電壓過衝的原因：電導調製效應起作用所需的大量少子需要一定的時間來儲存，在達到穩態導通之前管壓降較大；正向電流的上升會因器件自身的電感而產生較大壓降。電流上升率越大，Ufp越高。

電力二極體的動態過程波形零偏置轉換為正向偏置

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