功率二极管结构和工作原理
大功率肖特基二极管
大功率肖特基二极管一、什么是肖特基二极管肖特基二极管是一种由金属与半导体材料组成的双极性电子器件。
肖特基二极管的特点是具有快速开关速度、低反向漏电流和较好的高温性能。
在大功率电路中，肖特基二极管具有重要的应用价值。
二、肖特基二极管的工作原理肖特基二极管的工作原理与普通二极管类似，但是其PN结为金属与半导体材料构成。
当正向偏置时，快速注入大量载流子，形成一个低阻态。
而在反向偏置时，由于肖特基结的特殊性质，只有少量载流子能通过，因此反向漏电流很小。
这种特性使得肖特基二极管在开关电路中表现出较低的开通电压和快速的开关速度。
三、大功率肖特基二极管的应用大功率肖特基二极管主要应用于高频开关电源、电机驱动器、数码电视机、LED照明等领域。
下面将详细介绍大功率肖特基二极管的几个应用领域及特点。
3.1 高频开关电源由于大功率肖特基二极管具有开通电压低、开关速度快的特点，使得其成为高频开关电源中的重要元件。
高频开关电源在电力电子设备中应用广泛，如电视机、电脑、手机等。
大功率肖特基二极管的低开通电压和快速开关速度可以提高电源的效率和稳定性。
3.2 电机驱动器在电机驱动器中，大功率肖特基二极管可以有效地减小开关损耗和导通损耗，提高整个电机系统的效率。
同时，其低开通电压和快速开关速度也有助于提高电机驱动的响应速度和控制精度。
3.3 数码电视机数码电视机需要高速开关和低漏电流的二极管来实现快速切换信号和降低功耗。
大功率肖特基二极管的快速开关速度和低反向漏电流使其成为数码电视机中的关键元件，能够提供高清晰度和低功耗的显示效果。
3.4 LED照明肖特基二极管在LED照明中的应用主要体现在LED驱动电路中。
由于肖特基二极管的特殊结构和工作原理，可以有效地降低驱动电路中的损耗，提高LED的驱动效率和寿命。
四、大功率肖特基二极管的特点以下是大功率肖特基二极管的几个特点：1.快速开关速度：大功率肖特基二极管的开通和关断速度非常快，适用于高频开关电路和需要快速响应的应用场合。
二极管工作原理及应用
二极管工作原理及应用一、工作原理二极管是一种电子元件，由半导体材料制成，具有两个电极，即正极（阳极）和负极（阴极）。
其工作原理基于PN结的特性。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，其中P型半导体具有电子缺陷，N型半导体具有电子过剩。
当二极管正极连接到正电压，负极连接到负电压时，即正向偏置，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子会发生扩散，形成电流流动。
此时，二极管处于导通状态，称为正向工作。
当二极管正极连接到负电压，负极连接到正电压时，即反向偏置，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子会被电场力推向PN结的中心，形成电荷屏障，阻挠电流流动。
此时，二极管处于截止状态，称为反向工作。
二、应用领域1. 整流器：二极管的正向导通特性使其在电力系统中被广泛应用于整流器电路中。
整流器用于将交流电转换为直流电，常见于电源适配器、电动机驱动器等设备中。
2. 激光器和光通信：二极管激光器是一种将电能转换为光能的器件，它在光通信、激光打印、激光切割等领域有广泛应用。
3. 光电探测器：二极管具有光电转换的特性，可以将光信号转换为电信号。
因此，二极管被广泛应用于光电探测器中，如光电二极管、光敏二极管等。
4. 温度传感器：二极管的电阻与温度呈反比关系，利用二极管的温度特性可以制作温度传感器。
例如，热敏二极管可用于测量温度变化。
5. 逻辑门电路：二极管可以用作逻辑门电路的基本元件，如与门、或者门、非门等。
通过逻辑门电路的组合，可以实现数字电路中的逻辑运算。
6. 太阳能电池：太阳能电池是利用光电效应将太阳能转换为电能的装置。
太阳能电池中的主要元件就是二极管。
7. 电压稳压器：二极管可以用于电压稳压器电路中，通过控制反向击穿电压，实现对电压的稳定输出。
8. 信号检测和放大：二极管可以用于信号检测和放大电路中，例如射频检波器、调制解调器等。
9. 电子闪光灯：二极管可以用于电子闪光灯电路中，通过充电和放电过程，产生高亮度的闪光效果。
功率二极管的特性
(2) 关断过程
■ 当GTO已处于导通状态时，对门极加负的
关断脉冲，形成－IG，相当于将IC1的电流
抽出，使晶体管N1P2N2的基极电流减小，
使IC2和IK随之减小，IC2减小又使IA和IC1减 小，这是一个正反馈过程。当IC2和IC1的减
小使α1+α2<1时，等效晶体管N1P2N2和
P1N1P2退出饱和，GTO不满足维持导通 条件，阳极电流下降到零而关断。
(3) 维持电流IH
■ 在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通 态后，从较大的通态电流降至维持通态所 必须的最小阳极电流。
(4) 擎住电流IL
■ 晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号 之后，要器件维持通态所需要的最小阳极 电流。对于同一个晶闸管来说，通常擎住
电流IL约为维持电流IH的(2～4)倍。
(5) 门极触发电流IGT
相应的J2结已由反偏转为正偏，电流迅速增加。
■ 通常定义器件的开通时n=td+tr
(1-4)
■ 电源电压反向后，从正向电流降为零起到 能重新施加正向电压为止定义为器件的电
路换向关断时间toff。反向阻断恢复时间trr 与正向阻断恢复时间tgr之和。
toff=trr+tgr
■ 晶闸管流过正弦半波电流波形如图所示
它的通态平均电流IT(AV)和正弦电流最大值Im之间的 关系表示为： (16)
正弦半波电流的有效值为： (1-
7)
(18)
■ 流过晶闸管的电流波形不同，其波形系数也 不同，实际应用中，应根据电流有效值 相 同的原则进行换算，通常选用晶闸管时，电 流选择应取(1.5～2)倍的安全裕量。
〖例1-1〗 两个不同的电流波形(阴影斜线部分)如
电力电子技术器件的分类
1.1不可控器件电力二极管功率二极管是开通与关断均不可控的半导体开关器件，其电压、电流定额较大，也称为半导体电力二极管。
1.2功率二极管的结构和工作原理与普通二极管相比，工作原理和特性相似，具有单向导电性。
在面积较大的PN 结上加装引线以及封装形成，主要有螺栓式和平板式。
1.3功率二极管的基本特征1) 静态特性主要指其伏安特性1.门槛电压U TO，正向电流I F开始明显增加所对应的电压。
2.与I F对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降U F。
3.承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。
2) 动态特性功率二极管通态和断态之间转换过程的开关特性。
1.二极管正向偏置形成内部PN结的扩散电容。
此时突加反向电压，二极管并不能立即关断。
当结电容上的电荷复合掉以后，二极管才能恢复反向阻断能力，进入截止状态。
2.二极管处于反向偏置状态突加正向电压时，也需要一定的时间，才会有正向电流流过，称为正向恢复时间。
1.4功率二极管的主要参数1．额定正向平均电流I F（AV）——在规定的管壳温度和散热条件下，功率二极管长期运行时允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
2.反向重复峰值电压U RRM——功率二极管反向所能承受的重复施加的最高峰值电压。
3.正向管压降U F——功率二极管在规定的壳温和正向电流下工作对应的正向导通压降。
4.最高允许结温T jM——结温（T j）是管芯PN结的平均温度，最高允许结温（T jM）是PN结正常工作时所能承受的最高平均温度。
1.5功率二极管的主要类型1) 普通二极管（General Purpose Diode ） 又称整流二极管（Rectifier Diode ）多用于开关频率不高（1kHz 以下）的整流电路其反向恢复时间较长正向电流定额和反向电压定额可以达到很高2) 快恢复二极管（Fast Recovery Diode ——FRD ）简称快速二极管 快恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial Diodes ——FRED ），其t rr 更短（可低于50ns ）， U F 也很低（0.9V 左右），但其反向耐压多在1200V 以下。
功率器件工作原理解读
第1章第6页
同处理信息的电子器件相比，电力电子器 件的一般特征： (1) 能处理电功率的大小，即承受电压和 电流 的能力，是最重要的参数
其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级 , 大多都远大于处理信息的电子器件。
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(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态
正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大， 因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽 略
引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响
承受的电流变化率 di/dt较大，因而其引线和器件自
身的电感效应也会有较大影响 为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降
较大
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1.2 功率二极管的基本特性
第1章第13页
按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的 情况分为三类： ?单极型器件 ——由一种载流子参与导电的器 件， MOS， 肖特基二极管 ?双极型器件 ——由电子和空穴两种载流子参 与导电的器件，晶体管，晶闸管， IGBT ?复合型器件 ——由单极型器件和双极型器件 集成混合而成的器件， MOS控制晶闸管等
第1章第29页
2. 正向压降UF 指功率二极管在指定温度下，流过某一指定的 稳态正向电流时对应的正向压降
有时参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬 态正向大电流时器件的最大瞬时正向压降
3. 反向重复峰值电压 URRM 指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值 电压
使用时，往往按照电路中功率二极管可能承受 的反向最高峰值电压的两倍来选定
PN结的反向击穿 有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿
第1章第20页
PN结的电容效应： 为电PN容微结分C的D电电容荷。量结随电外容加按电其压产而生变机化制，和呈作现用电的容差效别应分，为称势为垒结电电容容CCBJ和，扩又散称 势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容 作用越明显。势垒电容的大小与 PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反 比
功率肖特基二极管
功率肖特基二极管功率肖特基二极管是一种特殊的二极管，其具有较高的工作频率能力和较低的开关损耗，被广泛应用于功率控制和高频电路中。
在本文中，我们将介绍功率肖特基二极管的工作原理、特点以及应用领域。
一、工作原理功率肖特基二极管由肖特基结和PN结组成。
肖特基结由金属与半导体P型材料形成，具有低电压降、快速开关速度和较低的逆向恢复时间等特点。
PN结则具有常见二极管的特征，用于电流的整流和导通控制。
当正向偏置时，PN结导通，而肖特基结截止；当反向偏置时，PN结截止，而肖特基结导通。
这种结构使得功率肖特基二极管能够在高频率和高电流下工作。
二、特点1. 快速开关速度：由于肖特基结的特殊结构，功率肖特基二极管具有快速的开关速度，可以实现高频率的开关操作。
2. 低电压降：功率肖特基二极管的正向电压降较低，可以减少能量损耗和发热，提高系统效率。
3. 低逆向恢复电荷：肖特基结的逆向恢复时间较短，减少了开关过程中的失真和损耗。
4. 高温工作能力：功率肖特基二极管具有较高的耐温能力，可以在高温环境下正常工作。
三、应用领域由于功率肖特基二极管的特点，它在许多领域中得到了广泛应用。
1. 电源管理：功率肖特基二极管可以用于电源开关、DC-DC转换器等电源管理应用中，提高电源的效率和稳定性。
2. 电动工具：由于功率肖特基二极管的快速开关速度和低电压降，它可以用于电动工具中的开关电路，提高工具的性能和使用寿命。
3. 电动汽车：功率肖特基二极管可以用于电动汽车的电源管理和电动驱动系统中，提高电池的充放电效率和车辆的续航里程。
4. 通信设备：功率肖特基二极管可以用于无线通信设备的功率放大器和射频开关等电路中，提高通信系统的传输速度和稳定性。
5. 太阳能发电：功率肖特基二极管可以用于太阳能发电系统中的光伏逆变器，将太阳能转换为可用的电能。
总结：功率肖特基二极管是一种具有快速开关速度、低电压降和低逆向恢复电荷的特点的二极管。
它在电源管理、电动工具、电动汽车、通信设备和太阳能发电等领域得到了广泛应用。
二极管的作用和工作原理
二极管的作用和工作原理
二极管是一种电子器件，主要用于控制电流的流动方向。
它有两个电极，分别称为阳极和阴极。
二极管通过在结构中引入P
型半导体和N型半导体之间的P-N结，实现了一种非线性电性。
以下是二极管的工作原理以及其主要的作用。
工作原理：
二极管的工作原理基于PN结的特性。
当二极管的正极（阳极）接通正电压，并且负极（阴极）接通负电压时，二极管处于正向偏置状态。
在这种状态下，P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子会相互扩散和重组，形成一个导电通道，电流能够通过二极管。
相反，当正极（阳极）接通负电压，并且负极（阴极）接通正电压时，二极管处于反向偏置状态。
在这种状态下，由于P
型半导体和N型半导体之间的势垒增加，电流几乎不能流过
二极管。
这时，二极管处于关断状态。
作用：
1. 整流器：二极管的主要作用之一是将交流信号转换为直流信号。
通过将交流电源连接到二极管的正向偏置端，只让正向电流通过，即可实现整流作用。
2. 保护电路：二极管还可以用于保护电路中防止电流逆向流动。
将二极管连接到电路中，能够防止电流在某些情况下逆向流动，从而保护其他电子器件。
3. 信号调制：二极管的非线性特性使其可以用于信号的调制。
例如，在无线电调制中，二极管通常被用于频率调制器和振荡器。
4. 光电转换：某些特殊的二极管，如光电二极管（光敏二极管），能够将光信号转换为电信号。
这在光通信和光电探测领域非常有用。
总之，二极管作为一种重要的电子器件，利用其特殊的结构和特性，实现了对电流的控制和转换，广泛应用于各种电子设备和电路中。
二极管 工作原理
二极管工作原理
二极管工作原理如下：
二极管是一种最简单的半导体器件，它有两个电极，一个是正级别的称作阳极(Anode)，另一个是负级别的称作阴极(Cathode)。
二极管的主要原理是利用了PN结的电离电功率转
换特性。
在PN结中，N型半导体中的自由电子和P型半导体中的空穴
会发生扩散运动。
当N型半导体中的电子与P型半导体中的
空穴碰撞时，它们会发生复合并释放出能量，这被称为复合反应。
但是，当在PN结形成后，在P区域中形成了N型半导体所积聚的电子而在N区域中形成了空穴积聚。
这导致了N区
的电子浓度增加，而P区的电子浓度减少，从而在PN结的两
侧形成了一个电势差，这个差称为内建电势。
由于这个内建电势的存在，当一个正电压施加在P区而负电压施加在N区时，使用二极管时，会产生一个电流，这个电流称为二极管的正向电流。
然而，当一个负电压施加在P区而正电压施加在N区时，会发生的情况就与之前相反了。
此时，由于内建电势的存在，电势差相减的结果会抵消外加电势，使PN结几乎处于绝
缘状态，导致二极管基本没有电流流动，这个电流被称为二极管的反向电流。
因此，二极管是一种能够控制电流流向的器件。
在正向电压下，二极管具有低电阻，允许电流通过；而在反向电压下，二极管具有很高的电阻，阻止电流通过。
这种特性使得二极管在电子电路中具有多种应用，例如整流、稳压和开关等。
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功率二极管结构和工作原理
在本征半导体中掺入P型和N型杂质，其交界处就形成了PN结，在PN结的两端引出两个电极，并在外面装上管壳，就成为半导体二极管。
如果一杂质半导体和金属形成整流接触，并在两端引出两个电极，则成为肖特基二极管。
二极管的结构和工作原理：
PN结的形成及二极管的单向导电性描述如下：
如下图1所示，对于一块纯净的半导体，如果它的一侧是P区，另一侧为N区，则在P区和N区之间形成一交界面。
N区的多子（电子）向P区运动，P区的多子（空穴）向N区运动，这种由于浓度差异而引起的运动称为“扩散运动”。
扩散到P区的电子不断地与空穴复合，同时P区的空穴向N区扩散，并与N区中的电子复合。
交界面两侧多子复合的结果就出现了由不能移动的带电离子组成的“空间电荷区”。
N区一侧出现正离子区，P区一侧出现负离子区，正负离子在交界面两侧形成一个内电场。
这个内电场对多子的扩散运动起阻碍作用的同时，又有利于N区的少子（空穴）进入P区，P区的少子（电子）进入N区，这种在内电场作用下少子的运动称为“漂移运动”。
扩散运动有助于内电场的加强，内电场的加强将阻碍多子的扩散，而有助于少子的漂移，少子漂移运动的加强又将削弱内电场，又有助于多子的扩散，最终扩散运动和漂移运动必在一定温度下达到动态平衡。
即在单位时间内P区扩散到N区的空穴数量等于由P区漂移到N区的自由电子数量，形成彼此大小相等，方向相反的漂移电流和扩散电流，交界面的总电流为零。
在动态平衡时，交界面两侧缺少载流子的区域称为“耗尽层“，这就形成了PN结。
如图2所示，当PN结处于正偏，即P区接电源正端，N区接电源负端时，外加电场与PN 结内电场方向相反，内电场被削弱，耗尽层变宽，打破了PN结的平衡状态，使扩散占优势。
多子形成的扩散电流通过回路形成很大的正向电流，此时PN结呈现的正向电阻很小，称为“正向导逋”。
当PN结上流过的正向电流较小时，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，其阻值较高且为常量，因而管压降随正向电流的上升而增加；当PN结上流过的正向电流较大时，注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，使得其电阻率明显下降，也就是电导率大大增加，这就是电导调制效应。
电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态，为保护PN结，通常要在回路中串联一个限流电阻。
如图3所示，当PN结处于反偏，即P区接电源负端，N区接电源正端时，外加电场与PN 结内电场方向相同，内电场被加强，耗尽层变宽，打破了PN结的平衡状态，使漂移占优势。
两区的少子在内电场作用下漂移过PN结形成了反向电流。
因为少子浓度很低，所以反向电流很小，而且在温度一定时，少子的浓度基本保持恒定，故又称反向电流为反向饱和电流，用Is表示。
反偏的PN结所呈现的反向电阻很大，称为“反向截止”。
由以上分析可知，PN结外加正向电压时，表现为正向导通；外加反向电压时，表现为反向截止，这就是PN结的单向导电性。
PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。
反向击穿按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。
反向击穿发生时，只要外电路中采取了措施，将反向电流限制在一定范围内，则当反向电压降低后PN结仍可恢复原来的状态。
但如果反向电流未被限制住，使得反向电流和反向电压的乘积超过了PN结容许的耗散功率，就会因热量散发不出去而导致PN结温度上升，直至过热而烧毁，这就是热击穿。
PN结中的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容C-，又称为微分电容。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容Cm势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。
势垒电容的大小与PN结截面积
成正比，与阻挡层厚度成反比，而扩散电容仅在正向偏置时起作用。
在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。
结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。
在PN结的两端引出两个电极，并用管壳封装便就成为二极管，如图4所示。
P区的引出线称为阳极，N区的引出线称为阴极。
功率二极管的基本结构、工作原理与普通的小功率二极管均是一样的，都是由半导体PN 结构成的，具有单向导电性，在电路中起正方向导通电流、反方向阻断电流的作用。
功率二极管的电气符号与普通二极管也一样，如图4所示。
与普通二极管不同的是功率二极管的PN结面积较大，因此过流能力增强了，可以通过较大的电流。
功率二极管的导通和截止不能通过控制电路进行控制，而是完全取决于其两端外加电压的方向和大小，因此成为不可控器件。
由于功率二极管正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽略，而且其引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响；再加上其承受的电流变化率di/dt较大，因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大影响。
此外，为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大。
这些都使得功率二极管与信
息电子电路中的普通二极管有所区别。
还应特别指出，当环境温度升高时，由于热激发使半导体内载流于的浓度增加，因此PN结反向饱和电流将增大。
这是造成半导体器件工作时不稳定的重要因索，在实际应用中必须加以考虑。