功率二极管的工作原理及结构
时间:2024-03-07 14:46来源:未知 作者:admin 点击:
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功率半导体 二极管 ,简称为功率二极管,与其较小的结构 信号 二极管相比具有更大的PN结面积,从而实现高达数百安培(KA)的高正向 电流 能力和高达数百安培的反向阻断电压到几千伏
功率半导体二极管,简称为功率二极管,与其较小的结构信号二极管相比具有更大的PN结面积,从而实现高达数百安培(KA)的高正向电流能力和高达数百安培的反向阻断电压到几千伏(KV)。
功率二极管作为最基本的电力电子器件,在电力电子系统中有着最广泛的应用,其主要结构——PN结是其他功率半导体器件的基础。
功率二极管提供不受控制的电源整流,用于电池充电和直流电源以及交流整流器和逆变器等应用。由于它们的高电流和电压特性,它们还可以用作续流二极管和缓冲网络。
功率二极管的工作原理
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,功率二极管导通。功率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,功率二极管作为正向特性工作。
如果阴极电压高于阳极电压,则功率二极管执行阻断模式。在这种模式下,功率二极管的表现类似于反向特性。
由于功率二极管具有较大的PN结,因此不适用于1MHz以上的高频应用,但可提供特殊且昂贵的高频,高电流二极管。对于高频整流器应用,通常使用肖特基二极管,因为它们的反向恢复时间短,并且在正向偏置条件下具有低压降。
功率二极管的结构
图:功率二极管结构示意图
功率二极管的结构如图所示,其核心部分是PN结,为了提高耐压水平,采用PIN结构,其中N-区的厚度和掺杂水平表征了二极管的耐压水平;而为了提高载流能力,功率二极管大都采用垂直导电结构,可以让硅片中流过电流的有效面积增大。PN结反偏时,外电场方向和内电场方向相同,抑制扩散运动,促进漂移运动,但是因为少子的浓度很小,所以这种漂移电流很小,只产生很小的反向漏电流,PN结处于截止状态。不加外接电压时,多子的扩散运动会形成方向从N区指向P区内电场(空穴由P区扩散至N区,电子由N区扩散至P区),能够阻挡扩散运动,促进漂移运动,二者平衡时形成空间电荷区(内电场/自建电场)又称为耗尽层或阻挡层。空间电荷区中的电场方向从N区指向P区。当空间电场由高掺杂的N+区承受,即穿透了漂移区时称为穿透型(PT)二极管;反之,非穿透型(NPT)二极管中,空间电场无法穿透N-漂移区。电力二极管中承受反向电压的主要是漂移区,因此漂移区的厚度和掺杂程度直接影响二极管的耐压值,然而越厚的漂移区伴随的缺点是导通损耗就越大。
综合整理自电范儿、 头条号李工谈元器件、壹芯微
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