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浅谈二极管的开关动作和反向恢复时间

来源:华强商城 发布时间:2021-10-12

摘要: 开关二极管通常用于制造电子开关。在正偏压状态,即导通状态下,小的外加电压可以产生大的电流,;在反向偏置状态,即关断状态下,PN结中仅存在小电流。最有趣的开关电路参数是电路的开关速度。本节定性讨论二极管的开关瞬态和电荷的存储效应。在没有任何数学推导的情况下,给出了描述开关二极管时间的简单表达式。

开关二极管通常用于制造电子开关。在正偏压状态,即导通状态下,小的外加电压可以产生大的电流,;在反向偏置状态,即关断状态下,PN结中仅存在小电流。最有趣的开关电路参数是电路的开关速度。本节定性讨论二极管的开关瞬态和电荷的存储效应。在没有任何数学推导的情况下,给出了描述开关二极管时间的简单表达式。

开关二极管


二极管的开关功能


利用二极管正向和反向电流之间的巨大差异,二极管可用作开关。

当开关K转到A时,开关二极管正向且电流较大,相当于与负载相连的外部电路闭合且电路处于接通状态(开路状态);

当开关K转到B时,开关二极管处于反向且反向电流非常小,这相当于外部电路的开关断开且电路处于断开状态(断开状态)。

在关闭状态下,流过负载的电流为二极管的反向电流IR。开关二极管反向恢复时间

在导电过程中,大量空穴从P区传输到n区,大量电子从n区传输到P区。

随着时间的延长,N区的空穴和P区的电子数量不断增加,直至达到稳态。在稳态下,流入N区的空穴数正好等于N区中重组的空穴数,流入p区的电子数正好等于p区中重组的电子数,从而达到动态平衡。流经p-n结的电流为常数I1。

随着势垒区边界空穴密度和电子密度的增加,开关二极管上的电压逐渐升高,在稳态下为VJ。此时,开关二极管工作在接通状态。

当在特定时间添加到外部电路的正脉冲跳变为负脉冲时。


在正向,在每个区域中积累的大量少数载流子将被反向偏置电压拉回到原始区域。开始时,开关二极管的反向电流非常大。经过一段时间后,一部分原本累积的载流子将被合并,一部分将被拉回到原始区域,并且在正常情况下,反向电流将返回到反向泄漏电流IR。在正向传导过程中少数载流子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过程是由电荷存储引起的。反向电流保持恒定的时间称为存储时间ts。在ts之后,p-n结上的电流达到反向饱和电流IR,p-n结达到平衡。流过p-n结的反向电流从I2下降到0.1i2所需的时间被定义为下降时间TF。存储时间和下降时间之和为(TS+TF),称为p-n结的关断时间(即反向恢复时间)。


反向恢复时间限制二极管的开关速度。


(1) 如果脉冲持续时间远大于二极管反向恢复时间,负脉冲可以完全关闭二极管,起到良好的开关作用;

(2) 如果脉冲持续时间与二极管的反向恢复时间相似甚至更短,则由于反向恢复过程的影响,负脉冲无法关闭二极管。


因此,为了保持良好的开关二极管效果,脉冲持续时间不能太短,这意味着脉冲重复频率不能太高,这限制了开关速度。

 


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