★★★ Diode-1---二極管的關(guān)鍵參數(shù) ★★★

€1.二極管的結(jié)構(gòu)

二極管的物理結(jié)構(gòu)有兩種，一種是普通的P-N結(jié)，一種是金屬半導(dǎo)體結(jié)（ 圖1-1 ）。

圖1-1：PN結(jié)和金屬-半導(dǎo)體結(jié)

根據(jù)結(jié)的屬性不同，形成的二極管按結(jié)構(gòu)和用途可以分為如下表1-1所示：

表1-1：二極管分類(lèi)

€2.二極管典型電參數(shù)

無(wú)論是普通的PN結(jié)還是金屬結(jié)，典型電參數(shù)都是一樣的：

1.IF(AV)：平均正向電流

二極管的平均正向電流IF（average）規(guī)定了在特定波形下（ 圖1-2 ）的電流能力，而不會(huì)因-過(guò)熱而造成損壞。當(dāng)比較多個(gè)IF（AV）額定值時(shí)，必須特別注意測(cè)量條件。占空比δ為50%的20kHz方波的IF（AV）。占空比定義δ為0.5，開(kāi)關(guān)頻率f為20kHz時(shí)，t2=1/20kHz=50us t1=t2?δ=25us。

圖1-2：平均正向電流定義波形

2.IF：正向電流

與IF（AV）相比電流IF表示占空比操作允許的最大恒定電流，即在直流DC條件下。

3.IFSM：非重復(fù)峰值正向電流

與IF相反，非重復(fù)峰值正向電流IFSM規(guī)定了允許最大單電流脈沖。因此，IFSM是對(duì)激增的衡量二極管的電流容量。需要注意的是，IFSM對(duì)單個(gè)事件，如啟動(dòng)時(shí)或掉負(fù)荷情況下的涌入電流。測(cè)試用于表征這一特性的脈沖是一個(gè)單周期半正弦波，脈沖長(zhǎng)度為tp8.3ms，對(duì)應(yīng)于60Hz半正弦波。

4.VR：反向阻斷電壓

二極管在進(jìn)入擊穿操作之前能夠承受的最大允許反向電壓，這通常會(huì)導(dǎo)致零件損壞。反向阻斷電壓和平均電流是二極管命名慣例中使用的關(guān)鍵參數(shù)，正向和反向特性都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的溫度依賴性。

5.VF：正向壓降

二極管的正向壓降VF決定了二極管正向偏置時(shí)的導(dǎo)通損耗。這在SMPS等高效應(yīng)用中或在反極性保護(hù)中非常重要，VF應(yīng)盡可能低。

6.IR：反向電流IR

反向電流IR，也稱為泄漏電流。這是反向偏置時(shí)流過(guò)二極管的電流量，該電流越小表示反向阻斷效應(yīng)越好。當(dāng)反向功率PR＝VR×IR時(shí)，泄漏電流IR定義了給定反向電壓在反方向上產(chǎn)生的功率。

7.trr：反向恢復(fù)時(shí)間

當(dāng)電壓由正向變?yōu)榉聪驎r(shí), 電流并不立刻變?yōu)? , 而是在一段時(shí)間ts內(nèi), 反向電流始終很大, 二極管并不關(guān)斷。經(jīng)過(guò)ts后, 反向電流才逐漸變小, 再經(jīng)過(guò)tf時(shí)間, 二極管的電流才成為0。ts稱為儲(chǔ)存時(shí)間,tf稱為下降時(shí)間。trr=ts+tf稱為反向恢復(fù)時(shí)間, 以上過(guò)程稱為反向恢復(fù)過(guò)程。

€3.整流二極管

整流二極管，顧名思義就是用在各種電源整流電路中，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，因此整流二極管需要有足夠的耐壓和過(guò)流值。整流器基于器件結(jié)構(gòu)中的經(jīng)典P-N結(jié)。在用作垂直器件陰極的N+襯底上外延生長(zhǎng)N摻雜漂移層。二極管的陽(yáng)極通過(guò)將P摻雜劑注入并擴(kuò)散到外延層中來(lái)實(shí)現(xiàn)。P擴(kuò)散步驟決定了P阱的輪廓，因此對(duì)二極管的擊穿電壓至關(guān)重要?；謴?fù)整流器的最大反向電壓從大約200V開(kāi)始，并增加到大約1700V。反向電壓范圍高端的二極管由P-I-N結(jié)而非P-N界面組成，因?yàn)镻和N區(qū)之間的幾乎未摻雜層允許在器件反向偏置時(shí)向耗盡層進(jìn)一步擴(kuò)展。頂部金屬化層用于與二極管的陽(yáng)極形成歐姆接觸。

整流二極管最需要關(guān)注的參數(shù)是IF(AV)和VR，通常取VR=1.5~2倍的交流峰值電壓，在此基礎(chǔ)上VF和IR盡量小。另外如圖1-3所示整流二極管的正向特性隨電流電平和溫度的變化而變化，在低電流區(qū)，VF在高溫時(shí)較低，而在大電流區(qū)的情況則相反。一般來(lái)說(shuō)，使用二極管應(yīng)該在Q點(diǎn)（上述兩種情況的交叉點(diǎn)）以下有足夠的溫度裕量。

圖1-3：IF-VF特性

• 以載流子遷移為主的藍(lán)色區(qū)域：VF隨著溫度的升高而降低。由于載流子在受熱時(shí)很容易移動(dòng)，因此VF在高溫時(shí)比低溫時(shí)低。
• 以載流子碰撞為主的紅色區(qū)域：VF隨著溫度的升高而升高。當(dāng)大電流流動(dòng)時(shí)，許多載流子會(huì)移動(dòng)。在高溫情況下，載流子之間的碰撞概率增加，VF比低溫時(shí)高。

€4.快速恢復(fù)二極管（FRD）

快速恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)和功能與整流二極管相同。整流二極管用于500Hz以下的低頻應(yīng)用，而FRD則用于從幾kHz到100kHz的高頻開(kāi)關(guān)。因此，二極管具有反向恢復(fù)時(shí)間（trr）很短的特性，這對(duì)高速開(kāi)關(guān)非常重要，根據(jù)trr值，F(xiàn)RD也稱為S-FRD、HED等，圖1-4表示了二極管開(kāi)關(guān)操作中的損耗，Ploss=VF×IF，虛線部分為Ploss，不僅僅在導(dǎo)通期間有損耗，施加反向電壓時(shí)有反向電流，同樣一直存在損耗。

一般整流二極管的trr為幾微秒到幾十微秒。另一方面，F(xiàn)RD的trr是幾十毫微秒到幾百毫微秒，約為整流二極管的1/100。它應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器等。

圖1-4：左-二極管開(kāi)關(guān)波形和損耗實(shí)例 ，右-通用整流器與FRD的trr比較

當(dāng)頻率較低時(shí)，由trr引起的損耗（反向恢復(fù)損耗）可以忽略不計(jì)，但這種損耗會(huì)隨著頻率的增加而增加，當(dāng)頻率變?yōu)閹譳Hz或更高時(shí)，則損耗不能忽略。