2.2.2 电力二极管基本特性

1.静态特性

电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图2-2所示。当电力二极管承受的正向电压大到某一值（门槛电压U_TO）时，正向电流开始明显增大，处于稳定导通状态，此时与正向电流I_F对应的二极管压降U_F，称为其正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只有微小的反向漏电流。

2.动态特性

因结电容的存在，电力二极管在零偏置（外加电压为零）、正向偏置和反向偏置这三个状态之间转换时，必然经过一个过渡过程。在这些过渡过程中，PN结的一些区域需要一定时间来调整其带电状态，因而其电压-电流特性不能用前面的伏安特性来描述，而是随时间变化的，此种随时间变化的特性称为电力二极管的动态特性。并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。这个概念虽然由电力二极管引出，但可以推广至其他各种电力电子器件。

图2-2 电力二极管的伏安特性

电力二极管的动态特性如图2-3所示。其中，图2-3a给出了电力二极管由正向偏置到反向偏置转换的波形。当原处于正向导通的电力二极管的外加电压突然变为反向时，电力二极管不能立即关断，而是需经过一个反向恢复时间才能进入截止状态，并且在关断之前有较大的反向电流和反向电压过冲出现。图2-3a中t_F为外加电压突变（由正向变为反向）的时刻，正向电流在此反向电压作用下开始下降，下降速率由反向电压大小和电路中的电感决定，而管压降由于电导调制效应基本变化不大，直至正向电流降为零的时刻t₀。此时电力二极管由于在PN结两侧（特别是多掺杂N区）储存有大量少子的缘故而并没有恢复反向阻断能力，这些少子在外加反向电压的作用下被抽取出电力二极管，因而流过较大的反向电流。当空间电荷区附近的储存少子即将被抽尽时，管压降变为负极性，于是开始抽取离空间电荷区较远的浓度较低的少子。所以在管压降极性改变后不久的t₁时刻，反向电流从其最大值I_RP开始下降，空间电荷区开始迅速展宽，电力二极管开始重新恢复对反向电压的阻断能力。在t₁时刻以后，由于反向电流迅速下降，在外电路电感的作用下会在电力二极管两端产生比外加反向电压大得多的反向电压过冲U_RP。在电流变化率接近于零的t₂时刻（有的标准定为电流降至25%I_RP的时刻），电力二极管两端承受的反向电压才降至外加电压的大小，电力二极管完全恢复对反向电压的阻断能力。时间t_d=t₁-t₀被称为延迟时间，t_f=t₂-t₁被称为电流下降时间，而时间t_rr=t_d+t_f则被称为电力二极管的反向恢复时间。

图2-3b给出了电力二极管由零偏置转为正向偏置时的波形。由此波形图可知，在这一动态过程中，电力二极管的正向压降也会出现一个过冲U_FP，然后逐渐趋于稳态压降值。这一动态过程的时间称为正向恢复时间t_fr。

图2-3 电力二极管的动态过程波形