二极管是一种简单的半导体器件，包括两层、两个端子和一个结。普通二极管的结可以通过像p型和n型这样的半导体形成。p型的端子被称为阳极，而n型的端子则被称为阴极。市场上有不同种类的二极管。每种类型都有其应用。本文对功率二极管进行了概述。理想情况下，二极管必须没有反向恢复时间。但是，这种二极管的设计成本可能会发生变化。在各种应用中，反向恢复时间效应并不重要，因此也可以使用低成本的二极管。


什么是功率二极管？

定义：在电力电子电路中使用的具有两个端子（如阳极和阴极）和两层（如P&N）的二极管被称为功率二极管。这种二极管在结构和操作上都更复杂，因为低功率器件必须改变以使其适用于高功率应用。

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功率二极管

在电力电子电路中，这种二极管起着至关重要的作用。它可以用作变换器电路、电压调节电路、反激/续流二极管、反向电压保护等中的整流器。

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

建设

该二极管的结构包括三层，如P+层、n-层和n+层。这里的顶层是P+层，它是重掺杂的。中间层是n-层，是轻掺杂的，最后一层是n+层，是重掺杂的。

Power-Diode-Construction
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1019厘米-3.

n+层作为阴极，该层的厚度为250-300μm，掺杂水平为1019厘米-3.

n层充当中间层/漂移层，该层的厚度主要取决于击穿电压&掺杂水平为1014厘米-3一旦该层宽度增加，则击穿电压将增加。

功率二极管的工作原理

这种二极管的工作原理类似于普通PN结二极管。当阳极端子的电压高于阴极端子的电压时，二极管导通。该二极管的正向压降范围很小，约为0.5V–1.2V。在这种模式下，二极管作为正向特性工作。

如果阴极的电压高于阳极的电压，则二极管执行阻断模式。在这种模式下，二极管的性能类似于反向特性。

功率二极管的类型

这些二极管的分类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来完成。

功率二极管根据反向恢复时间和制造工艺分为三种类型，如

  • 通用二极管
  • 快恢复二极管
  • 肖特基

通用二极管

这些二极管具有巨大的反向恢复时间，约为25μs；因此，它们适用于低频（高达1kHz）和低速操作（高达1-kHz）。

快恢复二极管

这些二极管具有快速恢复作用，因为它们的反向恢复时间非常小，小于5μs，用于高速开关应用

肖特基

请参阅此链接了解更多关于肖特基二极管的信息

根据耗尽区的穿透情况，功率二极管被分为两种类型，例如

  • 穿通二极管
  • 非穿通二极管

穿通二极管

二极管，在击穿时耗尽区的宽度进入n+层，被称为穿通二极管。

非穿通二极管

击穿时耗尽区的宽度不穿过相邻n+层的二极管通常被称为非穿通二极管。

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

如何选择？

功率二极管的选择可以基于IF（正向电流）和VRRM（峰值反向）电压来完成。

通过使用缓冲电路来保护这些二极管免受过电压尖峰的影响。这可能发生在执行反向恢复过程中。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器和电容器。

V-I特性

功率二极管的V-I特性如下所示。一旦正向电压增加，则正向电流将线性增加。

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。

漏电流主要是由于二极管中的少数载流子而提供的。当反向电压达到反向击穿电压时，就会发生雪崩击穿。当反向击穿发生时，反向电流也将急剧增加，反向电压的增加较少。反向电流可以由外部电路控制。

功率二极管的优点和缺点

功率二极管的优点和缺点包括以下几点。

  • 该二极管的PN结区域很大，可以提供巨大的电流，然而，该结的电容也很大，工作频率较低，通常仅用于整流。
  • 它将在高电流和高电压下解析交流电。
  • 主要缺点是它的尺寸&可能需要固定在散热器上，同时传导高电流。
  • 它需要专门的硬件来安装，并与周围可用的金属框架绝缘。

应用

功率二极管的应用包括以下几个方面。

  • 该二极管提供不受控制的功率整流
  • 它用于不同的应用，如直流电源，为电池、逆变器和交流整流器充电。
  • 由于它们具有电压和高电流等特性，因此被用作缓冲网络和续流二极管。
  • 这些二极管用作反馈、续流二极管和高压整流器。
  • 在反向击穿条件下，当二极管的电流和电压很大时，功率耗散可能很高，因此器件可能会被破坏。

常见问题解答

1). 功率二极管的功能是什么？

它是一种晶体半导体，用于将交流电转换为直流电，这个过程被称为整流。

2). 功率二极管有哪些应用？

这些二极管用于涉及高电压和较大电流的情况。

3). 功率二极管有哪些类型？

它们是快速恢复、肖特基和通用二极管。

4). 功率二极管和普通二极管有什么区别？

功率二极管适用于像逆变器一样使用高电流和高电压的场合，而普通二极管适用于小信号应用。

因此，这一切都是关于功率二极管的概述，功率二极管在功率电子电路中发挥着重要作用。这些二极管用于转换器电路，如反激二极管、电压调节电路、续流二极管或反向电压保护等。这里有一个问题要问你，功率二极管的缺点是什么？