电力二极管的基本特性

电力二极管的基本特性

电力二极管是电力电子技术中常用的半导体器件之一，其基本特性直接影响到电力电子设备的性能和可靠性。本文将从静态特性和动态特性两个方面，详细介绍电力二极管的工作原理和特性。

静态特性

电力二极管的静态特性主要体现在其伏安特性上，具体表现为：

1. 当正向电压达到一定值（门槛电压Uto）时，正向电流才开始明显增加，此时电力二极管进入稳定导通状态。与正向电流If对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降Uf。

2. 在承受反向电压时，电力二极管只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。

电力二极管的伏安特性

动态特性

由于结电容的存在，电力二极管的电压-电流特性会随时间变化，这就是其动态特性。动态特性主要关注通态和断态之间的转换过程，即开关特性。

由正向偏置转换为反向偏置

当电力二极管从正向偏置状态转换为反向偏置状态时，其关断过程需要经历以下几个阶段：

1. 电力二极管不能立即关断，而是需要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。

2. 在关断之前，会出现较大的反向电流，并伴随明显的反向电压过冲。

定义几个关键参数：

• 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：tf /td，或称恢复系数，用Sr表示。

电力二极管的动态过程波形（a）正向偏置转换为反向偏置

由零偏置转换为正向偏置

当电力二极管从零偏置状态转换为正向偏置状态时，其导通过程具有以下特点：

1. 先出现一个电压过冲Ufp，经过一段时间后才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。

2. 正向恢复时间Tfr

电压过冲出现的原因主要是：

• 电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存，在达到稳态导通之前管压降较大；
• 正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大，Ufp越高。

电力二极管的动态过程波形（b）零偏置转换为正向偏置

通过以上分析可以看出，电力二极管的动态特性对其在电力电子设备中的应用具有重要影响。了解和掌握这些特性，对于设计和优化电力电子系统具有重要意义。