1,、 功率二極管的基本特性
圖1（a）和圖1（b）所示為功率二極管的電路符號和靜態(tài)伏安特性。我們已經(jīng)知道,，當(dāng)二極管處在正向電壓作用下,，管子兩端正偏壓很小（約1V左右）時便開始導(dǎo)通,；若二極管兩端加以反向電壓時,，在被擊穿前僅有極小的可忽略不計的泄漏電流流過器件；正常工作時,，加在二極管上的反向電壓應(yīng)小于擊穿限定電壓值,。
根據(jù)二極管在阻斷狀態(tài)（反向電壓下）時僅有極小的漏電流和在導(dǎo)通狀態(tài)時管壓降很低的特點,，比較其工作過程中的電壓和電流的變化,，我們可以得到它的理想伏安特性,，如圖1（c）所示。該理想特性可用于換流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理分析,。但是在要求有二極管精確模型的電路分析或?qū)嶋H換流器的設(shè)計中（例如,，當(dāng)估算器件的散熱條件時，必須知道管子的正向壓降,，盡管該參數(shù)值可能很?。Ｓ昧硪环N理想特性表示,，如圖2（a）所示,，對應(yīng)的等效電路如圖2（b）。圖2（b）中E代表二極管的正向?qū)ㄆ珘?，電阻RD表示正向?qū)〞r的等效電阻,。作為基礎(chǔ)性原理介紹，在以后的電路分析中涉及二極管時,，我們均采用理想特性圖1（c）進行簡化替代,。
由于二極管的導(dǎo)通速度相對電力電路的暫態(tài)變化過程來說要快得多，因此可把二極管看成理想開關(guān),。但是在其關(guān)斷過程中,，由于半導(dǎo)體PN結(jié)需要進行反向充電，以便與阻斷電壓相平衡,，二極管中的電流會反向流動,，并持續(xù)一段時間后才衰減為0，這段時間稱為反向恢復(fù)時間trr,，如圖3所示,。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致含有電感的電路發(fā)生過電壓，但在多數(shù)工頻整流電路中,，它對換流器的換相工作特性影響不大,；因此，在二極管關(guān)斷的瞬間仍然可以把它看成是理想開關(guān),。
按照實際應(yīng)用的要求,，可選擇以下不同類型的功率二極管。
?。?）肖特基二極管,。與常用的PN結(jié)整流二極管不同，它是單極性二極管,，因此不受充電過程和反向恢復(fù)時間trr（一般略為幾十納秒）的影響,。從器件結(jié)構(gòu)而言，在降低正向管壓降和增大反向漏電流間取其折中結(jié)果，它適用于較低輸出電壓和要求有較低正向管壓降（典型值為0.3V）的換流器電路,。這種二極管的反向阻斷電壓水平在50~100V之間,。
（2）快速恢復(fù)二極管,。用于與可控開關(guān)配合的高頻電路中,。這些電路要求很小的反向恢復(fù)時間，例如,，在數(shù)百伏電壓和上百安培電流條件下,，其trr應(yīng)小于幾個微秒。
?。?）工頻二極管,。其導(dǎo)通態(tài)正向壓降很低，但反向恢復(fù)時間較長,，這在工頻電路中是可以接受的,，它適用于反向阻斷電壓數(shù)千伏和工作電流數(shù)千安的大容量換流器。從理論上講,，可通過這種二極管的串,、并聯(lián)滿足任意電壓和電流數(shù)值的要求。
1,、 功率二極管的基本特性
圖1（a）和圖1（b）所示為功率二極管的電路符號和靜態(tài)伏安特性,。我們已經(jīng)知道，當(dāng)二極管處在正向電壓作用下,，管子兩端正偏壓很?。s1V左右）時便開始導(dǎo)通；若二極管兩端加以反向電壓時,，在被擊穿前僅有極小的可忽略不計的泄漏電流流過器件,；正常工作時，加在二極管上的反向電壓應(yīng)小于擊穿限定電壓值,。
根據(jù)二極管在阻斷狀態(tài)（反向電壓下）時僅有極小的漏電流和在導(dǎo)通狀態(tài)時管壓降很低的特點,，比較其工作過程中的電壓和電流的變化，我們可以得到它的理想伏安特性,，如圖1（c）所示,。該理想特性可用于換流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理分析。但是在要求有二極管精確模型的電路分析或?qū)嶋H換流器的設(shè)計中（例如,，當(dāng)估算器件的散熱條件時,，必須知道管子的正向壓降，盡管該參數(shù)值可能很?。?，常用另一種理想特性表示,，如圖2（a）所示，對應(yīng)的等效電路如圖2（b）,。圖2（b）中E代表二極管的正向?qū)ㄆ珘?，電阻RD表示正向?qū)〞r的等效電阻。作為基礎(chǔ)性原理介紹,，在以后的電路分析中涉及二極管時，我們均采用理想特性圖1（c）進行簡化替代,。
由于二極管的導(dǎo)通速度相對電力電路的暫態(tài)變化過程來說要快得多,，因此可把二極管看成理想開關(guān)。但是在其關(guān)斷過程中,，由于半導(dǎo)體PN結(jié)需要進行反向充電,，以便與阻斷電壓相平衡，二極管中的電流會反向流動,，并持續(xù)一段時間后才衰減為0,，這段時間稱為反向恢復(fù)時間trr，如圖3所示,。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致含有電感的電路發(fā)生過電壓,，但在多數(shù)工頻整流電路中，它對換流器的換相工作特性影響不大,；因此,，在二極管關(guān)斷的瞬間仍然可以把它看成是理想開關(guān)。
按照實際應(yīng)用的要求,，可選擇以下不同類型的功率二極管,。
（1）肖特基二極管,。與常用的PN結(jié)整流二極管不同,，它是單極性二極管，因此不受充電過程和反向恢復(fù)時間trr（一般略為幾十納秒）的影響,。從器件結(jié)構(gòu)而言,，在降低正向管壓降和增大反向漏電流間取其折中結(jié)果，它適用于較低輸出電壓和要求有較低正向管壓降（典型值為0.3V）的換流器電路,。這種二極管的反向阻斷電壓水平在50~100V之間,。
（2）快速恢復(fù)二極管,。用于與可控開關(guān)配合的高頻電路中,。這些電路要求很小的反向恢復(fù)時間，例如,，在數(shù)百伏電壓和上百安培電流條件下,，其trr應(yīng)小于幾個微秒,。
（3）工頻二極管,。其導(dǎo)通態(tài)正向壓降很低,，但反向恢復(fù)時間較長，這在工頻電路中是可以接受的,，它適用于反向阻斷電壓數(shù)千伏和工作電流數(shù)千安的大容量換流器,。從理論上講，可通過這種二極管的串,、并聯(lián)滿足任意電壓和電流數(shù)值的要求,。
2、 二極管的基本應(yīng)用,。
?。?）整流 利用二極管正偏時導(dǎo)通、反偏時截止的不對稱非線性特性（見圖1b）實現(xiàn)整流變換,，如圖4（a）所示,，這是二極管最基本的應(yīng)用。
?。?）續(xù)流 用做續(xù)流二極管,，如圖4（b）所示。當(dāng)開關(guān)S切斷電感電路時,，為防止電感產(chǎn)生很高的反電動勢e=L*di/dt,，而損壞設(shè)備，接入一個二極管D,，使電感電流有一個繼續(xù)流動的回路,，使開關(guān)S在關(guān)斷時其兩端電壓不超過電源電壓Us，避免了因電感斷流而在開關(guān)器件兩端出現(xiàn)高壓,。
?。?）限幅 當(dāng)輸入信號電壓Us變化范圍很大時，為了使信號電壓的幅值能夠限制在某個范圍之內(nèi),，可采用圖4（c）所示的二極管限幅電路,。設(shè)二極管閾值電壓為Uth，當(dāng)Us
?。?）鉗位 圖4（d）中 負載電阻RL改變時，只要二極管D處于正偏導(dǎo)通狀態(tài),；則輸出端電壓Uo將等于電源電壓UG加二極管正向電壓降UF,，Uo=UG+UF，而與負載無關(guān),。即Uo被鉗位到UG+UF。當(dāng)然要保持二極管總是處于正偏導(dǎo)通狀態(tài),，RL不能過小,，RL太小時流過R上的電流過大、R上的電壓降太大以致（E=R*I）
（5）穩(wěn)壓 穩(wěn)壓管（符號為圖4（e）中的DZ）也是一種半導(dǎo)體二極管,。這種二極管的正常工作區(qū)市政反向擊穿區(qū),，如圖1（b）中第三象限區(qū)。二極管反向擊穿后反向電流改變時,，其反向端電壓基本不變,。因此，圖4（e）中當(dāng)電源電壓Us改變時,，通過穩(wěn)壓管的反向電流改變,，使串聯(lián)電阻R上的壓降改變，而使負載電壓Uo基本不變,。這種簡單的穩(wěn)壓電路應(yīng)用也很廣泛,。