电力二极管的结构特点

电力二极管的结构特点

电力二极管（PowerDiode，PD）是指可以承受高电压、大电流，具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用。

电力二极管与小功率电力二极管的结构、工作原理和伏安特性相似，但它的主要参数的规定、选择原则等不尽相同，使用时应当引起注意。

电力二极管的内部结构也是一个PN结，其面积较大，最新研制出的特殊二极管如快速恢复二极管，在制作工艺上有新的突破，使开关时间大为减少。

电力二极管引出两个极，分别称为阳极A和阴极K，使用的符号也与中、小功率电力二极管一样，如图1所示。由于电力二极管的功耗较大，它的外形有螺旋式和平板式两种。螺旋式二极管的阳极紧拴在散热器上。平板式二极管又分为风冷式和水冷式，它的阳极和阴极分别由两个彼此绝缘的散热器紧紧夹住。

图1 电力二极管的外形、结构和电气图形符号

a）外形b）结构c）电气图形符号

PN结的反向截止状态，PN结的单向导电性；

PN结的反向击穿：有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。

PN结的电容效应：PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。

结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。

势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比而扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。

造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极管区别的一些因素：

正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽略引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响承受的电流变化率di/dt较大，因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大影响。为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大。

电力二极管的基本特性

1、静态特性

1）主要是指其伏安特性

2）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If对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降Uf。

3）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。

图 2 电力二极管的伏安特性

2、动态特性

因为结电容的存在，电压—电流特性是随时间变化的，这就是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。

由正向偏置转换为反向偏置

1）电力二极管并不能立即关断，而是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。

2）在关断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。

延迟时间：td=t1-t0

电流下降时间：tf=t2-t1

反向恢复时间：trr=td+tf

恢复特性的软度：tf/td，或称恢复系数，用Sr表示。

图 3 电力二极管的动态过程波形

a）正向偏置转换为反向偏置b）零偏置转换为正向偏置

由零偏置转换为正向偏置

先出现一个过冲Ufp，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。

正向恢复时间Tfr

出现电压过冲的原因：电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存，在达到稳态导通之前管压降较大；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。

电力二极管的动态过程波形零偏置转换为正向偏置