功率二极管

电子空穴化合物

大多数半导体器件的工作原理基于发生在具有不同导电类型的半导体的两个区域（电子（n 型）和空穴（p 型））之间的边界处的现象和过程。在 n 型区域中，电子占主导地位，它们是电荷的主要载流子，在 p 型区域中，这些是正电荷（空穴）。不同导电类型的两个区域之间的边界称为 pn 结。

在功能上，二极管（图 1）可以被认为是单侧导通的不受控制的电子开关。如果向二极管施加正向电压，则二极管处于导通状态（闭合开关）。

米。 1. 二极管常规图形标识

通过iF二极管的电流由外电路的参数决定，半导体结构中的压降无关紧要。如果对二极管施加反向电压，则它处于非导通状态（开路开关），并且有小电流流过它。这种情况下二极管两端的电压降由外部电路的参数决定。

保护二极管

二极管电气故障的最典型原因是导通时正向电流 diF / dt 的高上升率、关断时的过电压、超过正向电流的最大值以及以不可接受的高反向电压破坏结构。

在高 diF / dt 值下，二极管结构中出现电荷载流子浓度不均匀，结果导致局部过热并随后损坏结构。 diF/dt值高的主要原因是小 电感 在包含正向电压源和导通二极管的电路中。为了降低diF/dt的值，电感与二极管串联，限制了电流的上升率。

为了减小电路关闭时施加到二极管的电压的振幅值，使用串联电阻 R 并且 电容器 C是与二极管并联的所谓RC电路。

为了保护二极管在紧急模式下免受电流过载的影响，使用了高速电熔断器。

功率二极管的主要种类

根据主要参数和用途，二极管通常分为三组：通用二极管、快恢复二极管和肖特基二极管。

通用二极管

这组二极管的特点是具有高反向电压值（从 50 V 到 5 kV）和正向电流值（从 10 A 到 5 kA）。二极管的巨大半导体结构降低了它们的性能。因此，二极管的反向恢复时间通常在25-100μs范围内，这限制了它们在频率在1kHz以上的电路中的使用。通常，它们在频率为 50 (60) Hz 的工业网络中工作。该组二极管的连续压降为 2.5-3 V。

功率二极管采用不同的封装。最普遍的是两种处决方式：大头针和平板电脑（图 2 a、b）。

米。 2、二极管主体结构：a——引脚； b——平板电脑

快恢复二极管。在这组二极管的生产中，采用了多种工艺方法来减少反向恢复时间。特别是使用金或铂的扩散法掺杂硅，可以将恢复时间缩短至3～5μs。但是，这会降低正向电流和反向电压的允许值。允许的电流值为 10 A 至 1 kA，反向电压为 50 V 至 3 kV。最快的二极管具有 0.1-0.5 μs 的反向恢复时间。这种二极管用于频率为 10 kHz 或更高的脉冲和高频电路中。这组二极管的设计类似于通用二极管。

二极管肖特基

肖特基二极管的工作原理基于金属和半导体材料之间过渡区的特性。对于功率二极管，使用一层 n 型耗尽硅作为半导体。在这种情况下，在金属侧的过渡区中存在负电荷，在半导体侧存在正电荷。

肖特基二极管的一个特点是正向电流仅来自主要载流子——电子的移动。少数载流子积累的缺乏显着降低了肖特基二极管的惯性。恢复时间通常不超过 0.3 μs，正向压降约为 0.3 V。这些二极管的反向电流值比 p-n 结二极管高 2-3 个数量级。限制反向电压通常不超过100 V。它们用于高频和低压脉冲电路。