1.2 不可控器件—电力二极管

di F dt
UF t t F 0
t d
t rr t 1
t f t 2 UR t
di R dt
I RP U a) RP u i U FP
i F
2V 0
uF
fr b) t
t
图1-5 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
1.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
2) 快恢复二极管 ） （Fast Recovery Diode——FRD FRD） 简称 快速二极管 或快恢复外延二极管 简称快速二极管 快速二极管或 （Fast Recovery Epitaxial ），其trr更短（可低于 Diodes——FRED FRED） ns ）， UF也很低（ 0.9 V左右），但其反 50 50ns ns）， 也很低（0.9 0.9V 1200 V以下。 向耐压多在 向耐压多在1200 1200V 快速恢复 和超快速恢复 两 从性能上可分为 从性能上可分为快速恢复 快速恢复和 超快速恢复两 个等级。前者 trr为数百纳秒或更长，后者 100 ns 以下，甚至达到 20~30 ns 。恢复 则在 则在100 100ns ns以下，甚至达到 以下，甚至达到20~30 20~30ns ns。 反向耐压 越低。 速度越快， 速度越快，反向耐压 反向耐压越低。
肖特基二极管的 弱点 肖特基二极管的弱点
200 V以下。 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200 200V 反向漏电流 比较大，所以 反向稳态损耗 不能忽略，必须 由于 由于反向漏电流 反向漏电流比较大，所以 比较大，所以反向稳态损耗 反向稳态损耗不能忽略，必须 严格地限制其工作温度。
水冷：效果最好 5m/s 左右）：效果中等 风冷（风速在 风冷（风速在5 m/s左右）：效果中等 自冷：效果最差，但设备简单
2）正向压降UF （1V左右）
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。
3） 反向重复峰值电压 URRM
对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 2/3 通常是其雪崩击穿电压的 通常是其雪崩击穿电压的2/3 两倍 选定。 使用时，应当按照反向最高峰值电压的 使用时，应当按照反向最高峰值电压的两倍 两倍选定。
PN 结的单向导电性 。 �二极管的基本原理： 二极管的基本原理：PN PN结的单向导电性 结的单向导电性。
结的反向击穿（两种形式 ) PN PN结的反向击穿（两种形式 结的反向击穿（两种形式)
雪崩击穿 齐纳击穿 PN 结，反向电压 >7V 时， 一般来说，对硅材料的 一般来说，对硅材料的PN PN结，反向电压 结，反向电压>7V >7V时， <5V 时齐纳击穿为主；反向 雪崩击穿为主；反向电压 雪崩击穿为主；反向电压<5V <5V时齐纳击穿为主；反向 5 ～ 7 V时，两种击穿都有 电压介于 电压介于5 7V
1.2.2 电力二极管的基本特性
1) 静态特性
I
伏安特性 主要指其 主要指其伏安特性
UTO ， 正 向 电 流 门槛电压 门槛电压U IF开始明显增加所对应的 电压。 与IF对应的电力二极管两 端的电压即为其正向电 。 压降UF (0.7 ～ 1.2V) 1.2V)。 承受反向电压时，只有 微小而数值恒定的反向 漏电流 (几十 μA～几十 流( 十μ )。 mA mA)
4）反向恢复时间trr
trr= td+ tf
5）最高工作结温 TJM
PN 结的平均温度，用 TJ表示。 结温是指管芯 结温是指管芯PN PN结的平均温度，用
TJM是指在 PN 结不致损坏的前提下所能承受的最高平 是指在PN PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平 均温度。
125 ～ 175°C范围之内。 TJM通常在 通常在125
3. 肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为 Schottky Barrier Diode ——SBD ）。 肖特基势垒二极管（ 肖特基势垒二极管（Schottky SBD）。 优点 肖特基二极管的 肖特基二极管的优点
（10~40 ns ）。 反向恢复时间很短 反向恢复时间很短（ 10~40ns ns） 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 （0.4 ～0.5 V）明显低于快恢复二 反向耐压较低时其正向压降 反向耐压较低时其正向压降（ 0.4～ 0.5V （1V左右） 。 极管 极管（ 左右）。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
6) 浪涌电流IFSM
指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频 周期的过电流。
1.2.4
电力二极管的主要类型
按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性 能，特别是反向恢复特性的不同介绍。
（General Purpose Diode ） 1) 普通二极管 普通二极管（ Diode）
（Rectifier Diode ） 又称整流二极管 又称整流二极管（ Diode） 1kHz 以下）的整流电路 多用于开关频率不高（ 多用于开关频率不高（1 kHz以下）的整流电路 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高
A
K A
I
K A A a)
P J
N b)
K
K c)
图1-2 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 阳极 A: A:阳极 K：阴极
结与电力二极管的工作原理 1.2.1 PN PN结与电力二极管的工作原理
结的状态 PN PN结的状态
状态 参数 电流 电压 阻态 正向导通 正向大 1V 维持约 维持约1 低阻态 反向截止 几乎为零 反向大 高阻态 反向击穿 反向大 反向大 ——
正向压降先出现一个过冲UFP，经过 U FP 一段时间才趋于接近稳态压降的某 V）。 个值（如 2 2V 2V 正向恢复时间 tfr。 电流上升率越大， UFP越高 。
0
i F
uF t fr
b) 开通过程 图1-5( 1-5(b) b)开通过程
t
1.2.3 电力二极管的主要参数
1) 正向平均电流IF(AV) 额定电流 —— 在指定的管壳温度和 下，其允许流过的 最大工 散热条件 散热条件下，其允许流过的 下，其允许流过的最大工 频正弦半波电流 的平均值 。 频正弦半波电流的平均值 的平均值。 散热条件
I F
O U TO
UF
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
1.2.2 电力二极管的基本特性
F
2) 动态特性
——电荷存储效应，即结电容的存在 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：下降时间与延 迟时间 的比值tf /td，或称恢复 系数，用Sr表示。
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。 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。
IF UF t F t 0
di F dt
t d
t rr t 1
t f t 2 UR t
di R dt
IRP
U RP
开通过程：
u i
a) 关断过程 图1-5( 1-Байду номын сангаас(a) a)关断过程
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整流二极管及模块
1.2.1 PN 结与电力二极管的工作原理 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作 原理与信息电子 电路中的二极管 一样。 由一个面积较大 结和两端引 的 PN PN结 线封装组成的。 从外形上看，主 (200 A 要有螺栓型 要有螺栓型( 200A 以下)和平板型 A以上）两 （ 200 200A 种封装。
1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
1.2 不可控器件—电力二极管
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Power Diode 结构和原理简单，工作可靠， Diode结构和原理简单，工作可靠， 世纪 50 年代初期就获得应用。 自20 20世纪 世纪50 50年代初期就获得应用。 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、 高频整流和逆变，以及低压高频整流的场 合，具有不可替代的地位。