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电力电子器件与驱动保护电路

第一节 功率二极管 一、常用功率二极管的分类

1. 普通二极管（General Purpose Diode）

又称整流二极管（Rectifier Diode），多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5μs以上，这在开关频率不高时并不重要。正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。

2. 快恢复二极管（Fast Recovery Diode—— FRD）

恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5μs以下）的二极管，也简称快速二极管，工艺上多采用了掺金措施。适用于中等电压和电流范围，多用作高频开关使用。

3. 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode——SBD）

以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。它具有低导通电压和极短的开关时间。但反向漏电流大和阻断电压低是其缺点，主要用于高频、低压的场合。 二、功率二极管的特性 1、静态伏安特性

当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开 始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只

有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。 2、快速二极管的动态特性(软恢复)

因结电容的存在，开与关状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压——电流特性是随时间变化的。开关特性反映通态和断态之间的转换过程。 关断过程： （图a）

须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断 1 I

b)Ua)RP之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。 tF时刻加反向电压，正向电流开始下降，下降速率由反向电压大小和电路电感决定，管压降由于电导调制效应基本不变，直至正向电流降为零的时刻t0。此时由于PN结两侧空间电荷区的电荷储存效应而不能恢复阻断，外加电压抽取电荷形成较大反向电流，在空间电荷区附近电荷即将抽尽时管压降变负，于是开始抽取离空间电荷区较远的电荷，因而在管压降极性改变后不久的t1 时刻反向电流开始从最大值下降，空间电荷区展宽，二极管开始重新恢复反向阻断能力。t1时刻由于反向电流快速下降，在外电路电感作用下形成反向过冲电压URP，在t2时刻下降至外加电压大小。 开通过程： （图b）

电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态降的某个值（如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子，达到稳态导通前管压降较大。正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升

率越大，UFP越高 。 注意：在动态过程中二极管的单向导电性能不典型，正向表现高阻（稳态时表现为低阻），

反向呈现低阻（稳态时表现为高阻）。因此当动态时间与电路工作频率决定的周期相近时，二极管不能正常整流（该断不断，该通不通），同时损耗很大。

三、功率二极管的主要参数

1. 正向通态平均电流IF(AV)额定电流：

在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 正向平均电流：

是按照电流的发热效应来定义的，因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。当用在频率较高的场合时，开关损耗造成的发 2

热往往不能忽略。当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热效应也不小 。 2. 正向压降UF

指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。有时参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时器件的最大瞬时正向压降。 3. 反向重复峰值电压URRM

指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。通常是其雪崩击