二極管的反向瞬態(tài)特性

  在很多功率電子電路中，當需要從正向導通態(tài)迅速地轉換到反向關斷態(tài)時往往會用到功率二極管，以通過負載中的無功電流，減小電容的充電時間，同時抑制因負載電流瞬時反向而感應的高電壓，它的反向恢復性能主要要求有兩點:一是要具有較高的di/dt承受能力，主要依賴于最大反向恢復電流l_RM的大小，I_RM小則di/dt的承受能力強:二是避免電流、電壓的振蕩，另外二極管的反向恢復特性是針對特定的溫度、特定的正向電流I_F以及正向電流變化率di_F/dt而言的。
 
  功率二極管兩端被施加反向電壓后，n基區(qū)中的非平衡載流子運動反向變化，形成反向電流。轉換初始時，p-n結鄰近區(qū)域存儲的高濃度載流子會阻止空間電荷區(qū)的形成，反向抽取電流J_R是依靠結邊緣上的空穴、電子的擴散形成的，根據(jù)電沉連續(xù)性原理可得：

 
  由2式可知PiN功率二極管陽極一側電荷移出的速度要比陰極快3倍左右。
 
  電流以一定的速率減小并逐步降為零，該速率是由外電路的電感L以及反向電壓U_R決定的，參見式3。電流的減小削弱了過剩載流子在i區(qū)的電導調制作用，加上內部電感的作用，二極管上的電壓降U_F仍然為正向偏置而且變化很小。事實上只要沿P⁺N^-結方向的過?？昭舛炔睢鱌_N>0，管壓降的極性不會改變。   只有當存儲電荷大量復合掉，或者有足夠多的電荷隨著反向電流擴散出去時，p-n結處的載流子濃度才會達到熱平衡的水平，建立空間電荷區(qū)，并承受部分反壓，對應的時間如圖3中的t_a。如果電路中有較大的電感和二極管的管腿相連，反向電流峰值處di/dt的變化會導致反向電壓中很大的尖峰U_RRM，見式4、式5，式中S為軟度因子，功率P-i-N二極管反向恢復過程中過剩載流子分布的變化如圖1所示。  
  空間電荷區(qū)建立后，反向電沉開始下降，直到飽和為止，該電流主要靠距離空間電荷區(qū)較遠的空穴來維持，會受到基區(qū)載流子擴散和復合的控制。反向電壓V_R開始上升，空間電荷區(qū)逐漸擴展。隨著結電壓的上升，空間電荷區(qū)的擴展會增大擴散電流。當反向電流達到它的最大值I_RRM(見式6)以后逐漸下降為零，反向電流增加了電路的功率損耗同時降低了器件的可靠性。在圖2中t_b的末端電流變化率變?yōu)榱悖聪螂妷哼_到極大值，隨后感生電動勢逐漸歸零，反向電壓下降直至V_R，反向恢復過程中的電壓、電流波形如圖2所示。
 
  總之，當電路的開關級率較高的時候，關斷時的di/dt就會增大，必然導致反向恢復電流峰值I_RRM變大，同時恢復時的電流變化率di/dt升尚，這就要求電路中所有元器件的擊穿電壓要高，但是增高擊穿電壓又會使正向電壓變大，降低了系統(tǒng)的效率。實際電路中總會存在寄生電感，在反向電流下降過程中會產(chǎn)生一個反向感生電動勢，不可避免地會造成反向電壓的過沖。通過對電路進行合理地優(yōu)化設計可以將電感減小，但是降低電流的上升速率和二極管中電流的下降速率還是很有必要的。在實際電路布圖中，要協(xié)調考慮功率二極管的反向恢復特性和開關的導通特性以優(yōu)化電路的性能。


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