功率二極管原理與應用
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1、 功率二極管的基本特性
圖1（a）和圖1(b)所示為功率二極管的電路符號和靜態(tài)伏安特性。我們已經(jīng)知道，當二極管處在正向電壓作用下，管子兩端正偏壓很小(約1V左右)時(shí)便開(kāi)始導通；若二極管兩端加以反向電壓時(shí)，在被擊穿前僅有極小的可忽略不計的泄漏電流流過(guò)器件；正常工作時(shí)，加在二極管上的反向電壓應小于擊穿限定電壓值。
根據二極管在阻斷狀態(tài)（反向電壓下）時(shí)僅有極小的漏電流和在導通狀態(tài)時(shí)管壓降很低的特點(diǎn)，比較其工作過(guò)程中的電壓和電流的變化，我們可以得到它的理想伏安特性，如圖1（c）所示。該理想特性可用于換流器的基本結構和工作原理分析。但是在要求有二極管精確模型的電路分析或實(shí)際換流器的設計中（例如，當估算器件的散熱條件時(shí)，必須知道管子的正向壓降，盡管該參數值可能很?。?，常用另一種理想特性表示，如圖2(a)所示，對應的等效電路如圖2(b)。圖2(b)中E代表二極管的正向導通偏壓，電阻RD表示正向導通時(shí)的等效電阻。作為基礎性原理介紹，在以后的電路分析中涉及二極管時(shí)，我們均采用理想特性圖1（c）進(jìn)行簡(jiǎn)化替代。
由于二極管的導通速度相對電力電路的暫態(tài)變化過(guò)程來(lái)說(shuō)要快得多，因此可把二極管看成理想開(kāi)關(guān)。但是在其關(guān)斷過(guò)程中，由于半導體PN結需要進(jìn)行反向充電，以便與阻斷電壓相平衡，二極管中的電流會(huì )反向流動(dòng)，并持續一段時(shí)間后才衰減為0，這段時(shí)間稱(chēng)為反向恢復時(shí)間trr，如圖3所示。這種現象可能導致含有電感的電路發(fā)生過(guò)電壓，但在多數工頻整流電路中，它對換流器的換相工作特性影響不大；因此，在二極管關(guān)斷的瞬間仍然可以把它看成是理想開(kāi)關(guān)。
按照實(shí)際應用的要求，可選擇以下不同類(lèi)型的功率二極管。{{分頁(yè)}}
?。?）肖特基二極管。與常用的PN結整流二極管不同，它是單極性二極管，因此不受充電過(guò)程和反向恢復時(shí)間trr（一般略為幾十納秒）的影響。從器件結構而言，在降低正向管壓降和增大反向漏電流間取其折中結果，它適用于較低輸出電壓和要求有較低正向管壓降（典型值為0.3V）的換流器電路。這種二極管的反向阻斷電壓水平在50~100V之間。
?。?）快速恢復二極管。用于與可控開(kāi)關(guān)配合的高頻電路中。這些電路要求很小的反向恢復時(shí)間，例如，在數百伏電壓和上百安培電流條件下，其trr應小于幾個(gè)微秒。
?。?）工頻二極管。其導通態(tài)正向壓降很低，但反向恢復時(shí)間較長(cháng)，這在工頻電路中是可以接受的，它適用于反向阻斷電壓數千伏和工作電流數千安的大容量換流器。從理論上講，可通過(guò)這種二極管的串、并聯(lián)滿(mǎn)足任意電壓和電流數值的要求。
2、 二極管的基本應用。
?。?）整流 利用二極管正偏時(shí)導通、反偏時(shí)截止的不對稱(chēng)非線(xiàn)性特性（見(jiàn)圖1b）實(shí)現整流變換，如圖4(a)所示，這是二極管最基本的應用。
?。?）續流 用做續流二極管，如圖4(b)所示。當開(kāi)關(guān)S切斷電感電路時(shí)，為防止電感產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢e=L
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