1、電力二極管的結構及工作原理

電力二極管（PowerDiode，PD）是指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管，它與其他電力電子器件相配合，作為整流、續流、電壓隔離、鉗位或保護元件，在各種變流電路中發揮著重要作用。

電力二極管與小功率電力二極管的結構、工作原理和伏安特性相似，但它的主要參數的規定、選擇原則等不盡相同，使用時應當引起注意。

電力二極管的內部結構也是一個PN結，其面積較大，最新研制出的特殊二極管如快速恢復二極管，在制作工藝上有新的突破，使開關時間大為減少。

電力二極管引出兩個極，分別稱為陽極A和陰極K，使用的符號也與中、小功率電力二極管一樣，如圖2.1所示。由于電力二極管的功耗較大，它的外形有螺旋式和平板式兩種。螺旋式二極管的陽極緊拴在散熱器上。平板式二極管又分為風冷式和水冷式，它的陽極和陰極分別由兩個彼此絕緣的散熱器緊緊夾住。

圖1電力二極管的外形、結構和電氣圖形符號

a）外形b）結構c）電氣圖形符號

PN結的反向截止狀態，PN結的單向導電性；

PN結的反向擊穿：

有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導致熱擊穿。

PN結的電容效應：

PN結的電荷量隨外加電壓而變化，呈現電容效應，稱為結電容CJ，又稱為微分電容。結電容按其產生機制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴散電容CD勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。勢壘電容的大小與PN結截面積成正比，與阻擋層厚度成反比而擴散電容僅在正向偏置時起作用。在正向偏置時，當正向電壓較低時，勢壘電容為主正向電壓較高時，擴散電容為結電容主要成分結電容影響PN結的工作頻率，特別是在高速開關的狀態下，可能使其單向導電性變差，甚至不能工作，應用時應加以注意。

造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區別的一些因素：

正向導通時要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導調制效應不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應也會有較大影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。

2、電力二極管的基本特性

1）靜態特性

主要指其伏安特性

當電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩定導通狀態。與正向電流IF對應的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當電力二極管承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數值恒定的反向漏電流。

2）動態特性

動態特性--因結電容的存在，三種狀態之間的轉換必然有一個過渡過程，此過程中的電壓-電流特性是隨時間變化的。

開關特性--反映通態和斷態之間的轉換過程。

關斷過程：

須經過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進入截止狀態。

在關斷之前有較大的反向電流出現，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。

3、電力二極管的類型

其主要類型有普通二極管、快恢復二極管、肖特基二極管。

1）普通二極管

普通二極管（GeneralPurposeDiode）又稱整流二極管（RectifierDiode），多用于開關頻率不高（1kHz以下）的整流電路中。

普通二極管按照所用的半導體材料不同，可分為鍺二極管和硅二極管；按管芯結構不同，可分為圖4所示的點接觸型二極管、面接觸型二極管和平面型二極管；根據管子用途不同，又可分為整流二極管、檢波二極管、開關二極管等。

點接觸型二極管是用一根很細的金屬觸絲壓在光潔的半導體表面上，通以強脈沖電流，使觸絲一端和半導體牢固地燒結在一起，構成PN結，如圖4（a）所示。點接觸型二極管因觸絲與半導體接觸面很小，只允許通過較小的電流（幾十毫安以下），但在高頻下工作性能很好，適用于收音機中對高頻信號的檢波和微弱交流電的整流。國產鍺二極管2AP系列、2AK系列，都是點接觸型的。

面接觸型二極管的PN結面積較大，并做成平面狀，如圖4（b）所示。它可以通過較大的電流，適用于對電網的交流電進行整流。國產大部分2CP系列和2CZ系列的二極管都是面接觸型的。

圖4 ?普通二極管的管芯結構

2）快速恢復二極管

恢復過程很短特別是反向恢復過程很短（5μs以下）的二極管，也簡稱快速二極管。工藝上多采用了摻金措施，結構上有的采用PN結構類型，也有的采用對此加以改進的PiN結構。

3）肖特基二極管

以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管稱為肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode--SBD），簡稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優點在于：反向恢復時間很短（10~40ns），正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復二極管。因此，其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的弱點在于：當反向耐壓提高時其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200V以下的低壓場合；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩態損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。

　　肖特基二極管在結構原理上與PN結二極管有很大區別，它的內部是由陽極金屬（金、銀、鋁、鉬、鉑等材料制造成阻擋層）、二氧化硅消除邊緣區域的電場（提高管子耐壓）、N一外延層、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成。如圖1和圖2所示，在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。