功率二極管

電子空穴化合物

大多數半導體器件的工作原理基於發生在具有不同導電類型的半導體的兩個區域（電子（n 型）和空穴（p 型））之間的邊界處的現象和過程。在 n 型區域中，電子占主導地位，它們是電荷的主要載流子，在 p 型區域中，這些是正電荷（空穴）。不同導電類型的兩個區域之間的邊界稱為 pn 結。

在功能上，二極管（圖 1）可以被認為是單側導通的不受控制的電子開關。如果向二極管施加正向電壓，則二極管處於導通狀態（閉合開關）。

米。 1. 二極管常規圖形標識

通過iF二極管的電流由外電路的參數決定，半導體結構中的壓降無關緊要。如果對二極管施加反向電壓，則它處於非導通狀態（開路開關），並且有小電流流過它。這種情況下二極管兩端的電壓降由外部電路的參數決定。

保護二極管

二極管電氣故障的最典型原因是導通時正向電流 diF / dt 的高上升率、關斷時的過電壓、超過正向電流的最大值以及以不可接受的高反向電壓破壞結構。

在高 diF / dt 值下，二極管結構中出現電荷載流子濃度不均勻，結果導致局部過熱並隨後損壞結構。 diF/dt值高的主要原因是小 電感 在包含正向電壓源和導通二極管的電路中。為了降低diF/dt的值，電感與二極管串聯，限制了電流的上升率。

為了減小電路關閉時施加到二極管的電壓的振幅值，使用串聯電阻 R 並且 電容器 C是與二極管並聯的所謂RC電路。

為了保護二極管在緊急模式下免受電流過載的影響，使用了高速電熔斷器。

功率二極管的主要種類

根據主要參數和用途，二極管通常分為三組：通用二極管、快恢復二極管和肖特基二極管。

通用二極管

這組二極管的特點是具有高反向電壓值（從 50 V 到 5 kV）和正向電流值（從 10 A 到 5 kA）。二極管的大型半導體結構會降低其性能。因此，二極管的反向恢復時間通常在25-100μs範圍內，這限制了它們在頻率在1kHz以上的電路中的使用。通常，它們在頻率為 50 (60) Hz 的工業網絡中工作。該組二極管的連續壓降為 2.5-3 V。

功率二極管採用不同的封裝。最普遍的是兩種處決方式：大頭針和平板電腦（圖 2 a、b）。

米。 2、二極管主體結構：a——引腳； b——平板電腦

快恢復二極管。在這組二極管的生產中，採用了多種工藝方法來減少反向恢復時間。特別是使用金或鉑的擴散法摻雜矽，可以將恢復時間縮短至3～5μs。但是，這會降低正向電流和反向電壓的允許值。允許的電流值為 10 A 至 1 kA，反向電壓為 50 V 至 3 kV。最快的二極管具有 0.1-0.5 μs 的反向恢復時間。這種二極管用於頻率為 10 kHz 或更高的脈沖和高頻電路中。這組二極管的設計類似於通用二極管。

二極管肖特基

肖特基二極管的工作原理基於金屬和半導體材料之間過渡區的特性。對於功率二極管，使用一層 n 型耗盡矽作為半導體。在這種情況下，在金屬側的過渡區中存在負電荷，在半導體側存在正電荷。

肖特基二極管的一個特點是正向電流僅來自主要載流子——電子的移動。少數載流子積累的缺乏顯著降低了肖特基二極管的慣性。恢復時間通常不超過 0.3 μs，正向壓降約為 0.3 V。這些二極管的反向電流值比 p-n 結二極管高 2-3 個數量級。限制反向電壓通常不超過100 V。它們用於高頻和低壓脈衝電路。