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解析二極管反向擊穿電壓是多少

發(fā)布時(shí)間：2022-05-06 15:19:47
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解析二極管反向擊穿電壓是多少

二極管反向擊穿電壓一般是工作電壓2-3倍。

二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓VBWM一般是VBR的一半。

反向擊穿電壓

外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦浴?/div>

如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞?huì)被永久破壞，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢復(fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。

PN結(jié)二極管的反向擊穿

產(chǎn)生環(huán)境

反向擊穿的現(xiàn)象發(fā)生在很多情況下面，比如二極管，三極管等等。

以二極管為例：二極管是正向?qū)ǖ模O管兩端加反向電壓時(shí)，電子不能通過二極管，使得二極管相當(dāng)于斷路，但是這個(gè)斷路取決于把二極管反向接時(shí)，二極管兩端的電壓（即反向電壓），如果這個(gè)反向電壓足夠大，二極管就被擊穿了（你可以認(rèn)為變成導(dǎo)線了），此時(shí)這個(gè)擊穿的反向電壓就叫反向擊穿電壓。

也可以從字面做感性的理解：反向擊穿，反向，即為方向相反，就是說反著接。

擊穿，你可以認(rèn)為原來這是一堵墻，是一條死胡同，不讓人通過，擊穿了所有人就能通過了（聯(lián)想一下電流），亦可以理解為高低河岸流而不能倒流，除非有超過河床高度的水流通過。

以下給出二極管反向擊穿電壓的理性定義：外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦浴?/div>

快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)特性

二極管的反向特性。在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。

二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)普通二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦裕O管會(huì)反向熱擊穿而損壞。

快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)特性決定著功率變換器的性能，在雙極功率晶體管的電流下降時(shí)間大于1us(開通時(shí)間約100ns)時(shí)期，二極管的反向恢復(fù)在雙極功率晶體管的開通過程中完成，而且雙極功率晶體管達(dá)到額定集電極電流的1/2-2/3左右后隨著Ic上升Hfe急劇下降，限制了二極管的反向恢復(fù)電流的峰值，在某種意義上，也限制了di/dt，雙極功率晶體管的開通過程掩蓋了二極管的反向恢復(fù)特性，因而對二極管的反向恢復(fù)僅僅是反向恢復(fù)時(shí)間提出要求。

隨著功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)速度提高，特別是Power MOSFET、高速IGBT的出現(xiàn)，不僅開通速度快(可以在數(shù)十納秒內(nèi)將MOSFET徹底導(dǎo)通或關(guān)斷)，而且在額定驅(qū)動(dòng)條件下，其漏極/集電極電流可以達(dá)到額定值的5-10倍，使MOS或IGBT在開通過程中產(chǎn)生高的反向恢復(fù)峰值電流IRRM，同時(shí)MOS或IGBT在開通過程結(jié)束后二極管的反向恢復(fù)過程仍然存在，使二極管的反向恢復(fù)特性完全暴露出來，高的IRRM、di/dt使開關(guān)管和快速二極管本身受到高峰值電流沖擊并產(chǎn)生較高的EMT。

因而對二極管的反向恢復(fù)特性不僅僅限于反向恢復(fù)時(shí)間短，而且要求反向恢復(fù)電流峰值盡可能低，反向恢復(fù)電流的下降，上升的速率盡可能低，即超快、超軟以降低開關(guān)過程中反向恢復(fù)電流對開關(guān)電流的沖擊，減小開關(guān)過程的EMI。

當(dāng)快恢復(fù)二極管正向?qū)娏鲿r(shí)，將從陽極和陰極注入大量載流子，并在基區(qū)以少數(shù)載流子的形式儲(chǔ)存電荷，即從陽極注入的空穴以少子的形式在基區(qū)存儲(chǔ)電荷。

但當(dāng)電路中導(dǎo)通的快恢復(fù)二極管因外加反向電壓使其換向時(shí)，要實(shí)現(xiàn)快恢復(fù)二極管的“斷態(tài)”，必須把快恢復(fù)二極管導(dǎo)通時(shí)在基區(qū)儲(chǔ)存的大量少數(shù)戴流子完全抽出或者中和掉，這就需要一定時(shí)間才能使快恢復(fù)二極管恢復(fù)反向阻斷能力，這時(shí)間就定為快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr。

如圖1所示，由圖可見，快恢復(fù)二極管的主要關(guān)斷特性參數(shù)為：反向恢復(fù)時(shí)間trr，反向峰值電流IRRM，反向恢復(fù)電荷Qrr以及反向電流衰減率（dirr/dt），圖亦顯示了快恢復(fù)二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚧謴?fù)的全過程，圖中，反向恢復(fù)時(shí)間trr=ta+tb，ta表示少數(shù)戴流子的存儲(chǔ)時(shí)間，而tb表示少數(shù)戴流子的復(fù)合時(shí)間；

而且trr應(yīng)盡量短，這就是超快恢復(fù)的要求，且ta應(yīng)盡量小于tb，ta期間快恢復(fù)二極管還沒有恢復(fù)反向阻斷能力，器件加不了反向電壓，而tb期間，反向阻斷能力開始恢復(fù)，這段時(shí)間內(nèi)反向電流恢復(fù)率（dirr/dt）連同電路中的寄生電感將產(chǎn)生過電壓尖峰和高頻干擾電壓，dirr/dt越高（即硬恢復(fù)）對快恢復(fù)二極管本身和與其并聯(lián)的開關(guān)器件所作用的附加電應(yīng)力就越大，有時(shí)甚至使開關(guān)器件損壞，必須引起注意。

而緩慢的反向電流恢復(fù)率dirr/dt（即軟恢復(fù)）是最合乎需要的特性曲線，通常用軟度因子S=tb/ta來表示器件的反向恢復(fù)曲線的軟度，因此，選用反向恢復(fù)時(shí)間trr短，反向峰值電流IRM小，反向恢復(fù)電荷Qrr小以及反向恢復(fù)特性軟的FRED管是逆變電路中最合適的，同時(shí)也可降低逆變電路中快恢復(fù)二極管和開關(guān)器件的功耗。

圖1 FRED導(dǎo)通和關(guān)斷期間的電流、電壓波形圖

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