電力二極管的使用及檢測—電力電子器件—電力二極管及其工作原理第一章電力二極管的基本特性第二章目錄頁電力二極管的主要參數(shù)和選用第三章電力二極管的主要類型第四章電力二極管的檢測第五章電力二極管的使用及檢測電力二極管電力二極管是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的,實際上是由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。

從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。AKAKa)IKAPNJb)c)AK圖2-2電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號

a)外形b)基本結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號電力二極管的使用及檢測電力二極管的工作原理-PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時，在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流，稱為正向電流IF，這就是PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。正向?qū)?/p>

當PN結(jié)外加反向電壓時（反向偏置）時，反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止狀態(tài)。反向截止

PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當施加的反向電壓過大，反向電流將會急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)這就叫反向擊穿。反向擊穿電力二極管的使用及檢測電力二極管及其工作原理■PN結(jié)的電容效應(yīng)◆稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容?！舭雌洚a(chǎn)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。在正向偏置時，當正向電壓較低時，勢壘電容為主。

?擴散電容僅在正向偏置時起作用。正向電壓較高時，擴散電容為結(jié)電容主要成分?！艚Y(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作。電力二極管的使用及檢測電力二極管的基本特性-伏安特性

電力二極管承受的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，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF

對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當電力二極管承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。當反向電壓增大到反向不重復(fù)峰值電壓URSM時，反向漏電流增大較多。當?shù)竭_反向擊穿電壓UROM

時，反向電流急劇增大，造成反向擊穿。通常反向擊穿將造成電力二極管永久性損壞，故應(yīng)該避免反向擊穿。電力二極管的使用及檢測電力二極管的基本特性-動態(tài)特性

a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt電力二極管的動態(tài)過程波形正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置■動態(tài)特性

◆因為結(jié)電容的存在，電壓—電流特性是隨時間變化的，這就是電力二極管的動態(tài)特性，并且往往專指反映通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的開關(guān)特性。

◆由正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置

?電力二極管并不能立即關(guān)斷，而是須經(jīng)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(tài)。

?在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。?延遲時間：td=t1-t0

電流下降時間：tf=t2-t1

反向恢復(fù)時間：trr=td+tf

恢復(fù)特性的軟度：

tf

/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示。電力二極管的使用及檢測電力二極管的基本特性-動態(tài)特性

電力二極管的動態(tài)過程波形b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置UFPuiiFuFtfrt02V◆由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

?先出現(xiàn)一個過沖UFP，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值（如2V）。

?正向恢復(fù)時間tfr

。

?出現(xiàn)電壓過沖的原因:電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用所需的大量少子需要一定的時間來儲存，在達到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)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(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。

電力二極管的使用及檢測電力二極管的主要參數(shù)和選用

正向平均電流IF(AV)指電力二極管長期運行時，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，只要所選管子的額定電流ID(AV)對應(yīng)的有效值IDM大于管子在電路中實際可能通過的最大電流有效值IDM即可?？紤]元件的過載能力，實際選擇時應(yīng)有1.5~2倍的安全裕量。計算公式為電力二極管的使用及檢測電力二極管的主要參數(shù)和選用

反向重復(fù)峰值電壓URRM

指對電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。使用時，選擇功率二極管的反向重復(fù)峰值電壓等級（額定電壓）的原則應(yīng)為管子在所工作的電路中可能承受的最大反向瞬時值電壓UDM的2~3倍。計算公式為電力二極管的使用及檢測電力二極管的主要類型

在應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)不同場合的不同要求，選擇不同類型的電力二極管。1整流元件在交流-直流變換電路中作為整流元件2續(xù)流元件在電感元件的電能需要適當釋放的電路中作為續(xù)流元件3電壓隔離、箝位或保護元件在各種變流電路中作為電壓隔離、箝位或保護元件電力二極管的使用及檢測電力二極管的主要類型

■按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同，介紹幾種常用的電力二極管?！羝胀ǘO管（GeneralPurposeDiode）

?又稱整流二極管（RectifierDiode），多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中。

?其反向恢復(fù)時間較長，一般在5

s以上。

?其正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高。電力二極管的使用及檢測電力二極管的主要類型

◆肖特基二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD）?屬于多子器件。

?優(yōu)點在于：反向恢復(fù)時間很短（10~40ns），正向恢復(fù)過程中也不會有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；因此，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。

?弱點在于：當所能承受的反向耐壓提高時其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200V以下的低壓場合；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。電力二極管的使用及檢測電力二極管的檢測

由于電力二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為