一文清楚——什么是功率二极管

一文清楚——什么是功率二极管

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1.

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功率二极管是一种特殊设计的二极管，用于处理大电流和高电压的电力应用。它由一个大面积的PN结构、两端引线和封装组成。封装类型包括螺栓型、平板型和TOP型，每种封装适用于不同的应用场景。

工作原理

正向导通状态

当功率二极管的PN结施加正向电压时，电流从P区流向N区，形成正向电流IF。这时，功率二极管处于导通状态，能够有效地导电。

反向截止状态

当施加反向电压时，PN结几乎不导电，表现为高阻态，这称为反向截止状态。功率二极管具备一定的反向耐压能力，但过大的反向电压会导致反向击穿现象，使其失去截止状态。

势垒电容与扩散电容

功率二极管具有势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容主要影响在高频率下的工作表现，而扩散电容则主要在正向偏置时起作用，影响结电容，进而影响功率二极管在高速开关时的性能。

基本特性

伏安特性

正向电压增大到一定值时，功率二极管的正向电流开始显著增加，此时处于稳定的导通状态。正向电流对应的电压降称为正向压降UF。反向过压击穿则是在反向电压超过其额定值时出现的现象，也称为雪崩击穿。

动态特性

分为关断特性和导通特性。在关断特性中，功率二极管并非立即关断，而是需要一段时间才能重新达到反向阻断能力，从而进入截止状态。在导通特性中，正向电流增大到一定值后，功率二极管的正向压降会趋于稳定的某个值。

主要参数

• 正向平均电流IF(AV)：在指定的管壳温度和散热条件下，功率二极管允许通过的最大工频正弦半波电流的平均值。选择IF(AV)时需考虑电流的有效值和额定值之间的关系，并留有一定的安全裕量。
• 正向压降UF：在指定温度下，流过指定正向电流时的正向电压降。
• 反向重复峰值电压URRM：功率二极管能够重复承受的最高反向峰值电压。选择时通常需要考虑1.5到2倍的安全裕量。
• 最高工作结温TJM：在不损坏PN结的前提下，功率二极管能够承受的最高平均温度范围通常为125℃到175℃。
• 反向恢复时间trr：关断过程中从开始到完全恢复的时间，影响功率二极管在开关应用中的性能。
• 浪涌电流IFSM：电力二极管能够连续承受的最大过电流，通常与其在应用中的耐受能力相关。

主要类型

• 整流二极管：主要用于工作频率低于1kHz、需要大容量的场合。
• 快速恢复二极管：反向恢复时间较短，适合高频率工作。
• 肖特基二极管：反向恢复时间短，管压降小且电压低。
• 其他类型：包括传感器（光敏、磁敏二极管）、光源（红外、激光二极管）以及稳压二极管（如齐纳二极管、恒流二极管）等，每种类型针对特定的应用场景和性能需求进行优化。

通过以上详细的介绍，我们可以更好地理解功率二极管的结构、工作原理、基本特性、主要参数和不同类型的应用特点。这些知识对于工程师在设计和选用功率二极管时具有重要的指导意义。