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功率二极管的类型、工作原理和应用特性

IC先生 IC先生 4451 2022-04-21 17:44:10

众所周知,二极管是一种简单的半导体器件,包括两层、两个端子和一个单结。普通二极管的结可以通过P型和N型等半导体形成。p型端子称为阳极,而n型端子称为阴极。

目前市场上有不同种类的二极管,每种类型的功能和作用都不同,其中比较常用的包括功率二极管,下面简单来了解下。

功率二极管的概念

在电子电路中,使用的具有阳极和阴极两个端子以及P和N两个层的二极管称为功率二极管。该二极管在结构和操作上都更加复杂,因为必须更改低功率器件以使其适用于高功率应用。

功率二极管

在电子电路中,功率二极管起着至关重要的作用。可用作转换器电路、稳压电路、反激/续流二极管、反向电压保护中的整流器。

这些二极管与信号二极管有关,只是其结构略有不同。P层和N层的信号二极管中的掺杂水平是相同的,而在功率二极管中,结可以在重掺杂的P+层和轻掺杂的N-层之间形成。

功率二极管的构造

功率二极管的结构包括三层,如P+层、n-层和n+层。这里的最外层是P+层,它是重掺杂的。中间层为n-层,轻掺杂,最后一层为n+层,重掺杂。

功率二极管结构

这里p+层充当阳极,该层的厚度为10μm,掺杂水平为:

n+层作为阴极,该层的厚度为250-300μm,掺杂水平为:

n-层作为中间层/漂移层,该层的厚度主要取决于击穿电压和掺杂水平为:。一旦该层宽度增加,则击穿电压将增加。

功率二极管工作原理

功率二极管的工作原理与普通的PN结二极管类似,当阳极端电压高于阴极端电压时,二极管导通。该二极管的正向压降范围非常小,约为0.5V – 1.2V。在这种模式下,二极管作为正向特性工作。

如果阴极电压高于阳极电压,则二极管执行阻断模式。在这种模式下,二极管的表现类似于反向特性。

功率二极管的类型

功率二极管可以根据反向恢复时间、制造过程和反向偏置条件下的耗尽区穿透进行分类。

功率二极管根据反向恢复时间以及制造工艺分为三种类型:

通用二极管;这些二极管具有25μs左右的巨大反向恢复时间;因此它们适用于低频(最高 1 kHz)和低速操作(最高 1- kHz)。

快速恢复二极管;这些二极管由于其小于5μs的极小反向恢复时间而具有快速恢复作用,用于高速开关应用。

肖特基二极管;这些二极管电压降通常在0.15到0.45伏之间,这种较低的电压降提供了更高的开关速度和更好的系统效率。

功率二极管根据耗尽区的穿透是反向偏置的情况分为两种类型:

  • 穿通二极管
  • 非穿通二极管
穿通二极管;击穿时耗尽区的宽度进入n+层的二极管称为穿通二极管。

非穿通二极管;击穿时耗尽区的宽度不穿过相邻n+层的二极管通常称为非穿通二极管。

在这种模式下,漂移区的宽度大于耗尽区的最高宽度,因此耗尽区不能进入相邻的n+层。

功率二极管的选择

可以根据 IF(正向电流)和VRRM(峰值反向)电压来选择功率二极管。

这些二极管通过使用缓冲电路免受过电压尖峰的影响,这可能在执行反向恢复过程时发生。用于功率二极管的缓冲电路主要包括与二极管并联的电阻和电容。

功率二极管的VI特性

功率二极管的VI特性如下所示。一旦正向电压增加,则正向电流将线性增加。

功率二极管的VI特性

在反向偏置条件下将提供极少量的电流泄漏。该电流与施加的反向电压无关。

泄漏电流主要是由于二极管中的少数电荷载流子提供的。随着反向电压得到反向击穿电压,就会发生雪崩击穿。当发生反向击穿时,反向电流也将急剧上升,而反向电压增加较少。反向电流可由外部电路控制。

功率二极管的优缺点

功率二极管的优缺点包括以下几点内容:

  • PN结区很大,可以提供很大的电流,但是这个结的电容也可以很大,工作在较低的频率,一般只用于整流。
  • 将在大电流和高电压下解析交流电。
  • 主要缺点是它的尺寸和可能需要在传导高电流时固定在散热器上。
  • 需要专门的硬件来安装和与周围可用的金属框架绝缘。

功率二极管的应用

功率二极管的应用包括以下几点内容:

  • 该二极管提供不受控制的电源整流。
  • 用于不同的应用,如直流电源,为电池、逆变器和交流整流器充电。
  • 由于电压和大电流等特性,它们被用作缓冲网络和续流二极管。
  • 用作反馈、续流二极管和高压整流器。
  • 在反向击穿情况下,当该二极管的电流和电压很大时,功耗会很高,因此可能会损坏器件。

总结

简单来说,功率二极管就是一种晶体半导体,用于将交流电变为直流电,这个过程称为整流,这些二极管用于涉及高电压和更大电流的地方。

此外,功率二极管也是快速恢复、肖特基和通用二极管。功率二极管适用于逆变器等使用大电流和电压的地方,而普通二极管适用于小信号应用。

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功率二极管的类型、工作原理和应用特性


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