电力二极管基本特性解析

（1）静态特性

电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图1-3所示。当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压U_TO）时，正向电流开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流I_F对应的电力二极管两端电压U_F即为正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少数载流子引起的微小而数值近乎恒定的反向漏电流。电力二极管流过的电流I_F与两端电压U_F的函数关系，即I_F=f（U_F）称为电力二极管的伏安特性，对应的曲线称为伏安特性曲线，亦称伏安特性。电力二极管的伏安特性与普通二极管相似。

图1-3 PN结静态伏安特性

（2）动态特性

因为电力二极管结电容的存在，在正向偏置、零偏置、反向偏置的转换过程中，必然存在一个过渡过程。在过渡过程中因结电容的作用，其电流、电压的关系不能用前面的静态伏安特性来描述，而是随时间变化的，这就是电力二极管的动态特性。动态特性往往指的是通态和断态转换过程的开关特性。

图1-4a给出了电力二极管由正向偏置转换为反向偏置时的动态过程波形。当原来处于正向导通状态的电力二极管的外加电压突然从正向变为反向时，该电力二极管并不能立即关断，而是要经过一段短暂的时间才能重新具有反向阻断能力，进入截止状态。在恢复阻断之前有较大的反向电流出现，并伴有明显的反向电压过冲。这是因为正向导通时在PN结两侧储存的大量少数载流子需要被清除掉以达到反向偏置稳态的缘故。

假设t_F时刻外加电压突然由正向变为反向，正向电流在此反向电压作用下开始下降，下降速率由反向电压大小和电路中的电感决定，而管压降由于电导调制效应基本变化不大，直到正向电流降为零的时刻t₀。此时由于电力二极管在PN结两侧（特别是多掺杂N区）储存有大量少数载流子而并没有恢复反向阻断能力，这些少数载流子在外加反向电压的作用下被抽取出电力二极管，因而形成较大的反向电流。当空间电荷区附近的少数载流子即将被抽尽时，管压降变为负极性，于是开始抽取空间电荷区较远的浓度较低的少数载流子。因而在管压降极性改变后不久的t₁时刻反向电流从其最大值I_RP开始下降，空间电荷区开始迅速展宽，电力二极管开始重新恢复对反向电压的阻断能力。在t₁时刻以后，由于反向电流迅速下降，在外电路电感的作用下会在电力二极管两端产生比外加反向电压大得多的反向电压过冲U_RP。在电流变化率接近于零的t₂时刻（有的标定为电流降至25%I_RP的时刻），电力二极管两端承受的反向电压才降至外加电压，电力二极管完全恢复了反向阻断能力。则：

t_d=t₁-t₀称为延迟时间；

t_f=t₂-t₁称为电流下降时间；(www.xing528.com)

t_rr=t_d+t_f称为反向恢复时间；

称为恢复特性软度或恢复系数，S_r越大，则恢复特性越软，反向电流下降时间相对较长，因而同样外电路条件下反向电压过冲U_RP较小。

图1-4 电力二极管的动态过程波形

a）正向偏置转换为反向偏置 b）零偏置转换为正向偏置

图1-4b给出了电力二极管由零偏置转换为正向偏置时的动态过程波形。可以看出，在这一动态过程中，电力二极管的正向压降也会出现一个电压过冲U_FP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。这一动态过程时间t_fr称为正向恢复时间。而出现正向电压过冲的原因是：

1）电导调制效应起作用所需的大量少数载流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。

2）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，U_FP越高。当电力二极管由反向偏置转为正向偏置时，除上述时间外，势垒电容电荷的调整也需要较多时间来完成。