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功率二极管1-构造-标记-基本特性

二极管是功率半导体的基础
功率(电力用)半导体所容许的电流通常为1A以上。功率二极管是最简单的功率半导体之一,在此将其简称为二极管。其最大工作频率以kHz等级为对象,主要用于整流用途。
二极管分类
大多数情况下,二极管与MOSFET、双极晶体管、还有IGBT一起使用。在此,将此类器件总称为晶体管。

二极管的构造
二极管的构造、标记、基本特性
目前,二极管的原材料大多使用硅。二极管的构
造分为两种,一种是在N型硅中形成P层的PN连接型,另一种是在N型硅上堆积金属(势垒金属)的肖特基型。PN连接型中又包括台面型和平面型。
二极管的标记和特性
二极管的标记和特性
如果将电流流动的方向作为二极管的正方向,当反方向,即对阴极施加正电压时,如果电压达不到某一数值,将几乎不会有电流流动。该电压限度被称之为反向耐压。例如,对于200V的二极
管,如果施加大于200V的反向电压,该二极管就会失去没有电流流动的特性。
耐压200V的二极管的性质
耐压200V的二极管的性质
请注意,在此所述的二极管特性消失,可能有对二极管造成永久破坏的危险。原则上,对于施加在二极管上的反向电压,即使是一瞬间也不可以超过规定的反向耐压。
下图是MOSFET 的截面图。PN 连接使得MOSFET的漏极-源极间有耐压。不施加门极偏压时,MOSFET的漏极相当于二极管的阳极,源极相当于二极管的阴极。(N通道MOSFET的情况下)另外,PN连接还承担双极晶体管和IGBT的电压阻止(关闭)任务。也就是说,理解二极管的逆特性有助于理解这些功率半导体的关闭特性。
MOSFET芯片截面图
MOSFET芯片截面图
功率半导体以电流和电压的形式表示,例如10A200V。电流容量A的指标不仅限于二极管,而是功率半导体整体共通的指标。例如TO-220等3端子以上的标准组件品,如果没有标记,将无法从
外观上区分是二极管、MOSFET还是其它器件。对半导体制造商而言,即使所组装的芯片不同,但组件设计和组装技术是共通的。本文以二极管为主进行说明,但说明内容对功率半导体整体都有效。
一般整流二极管和高速二极管
通常所述的二极管主要是指用于50Hz和60Hz电源整流用的一般整流二极管。但是,目前使用较多的是FRD(高速恢复二极管)和SBD(肖特基势垒二极管,有时简称为肖特基)等高速二极管。例如台式个人电脑的ATX电源中仅使用了一个一般整流二极管(AC-DC转换用的桥路二极管),另外使用了十四个FRD和两个SBD。这是由于只有AC-DC转换电路的工作频率为50/60Hz,其它的电路的工作频率都在数10kHz以上的缘故。并且,使用电池驱动的设备的低电压电源周围也多使用SBD。
ATX电源的主要构成
ATX电源的主要构成
如果与晶体管作比较,一般整流二极管和FRD(PN二极管)对应于双极晶体管,SBD对应于MOSFET。SBD的特性跟PN二极管稍有不同,为了能够熟练使用SBD,应该理解SBD的特性。在以下学习有关二极管,还有功率半导体的特性时,请时刻留意这一点。有关高速恢复二极管的内容,我们将在后面另行讨论。
 
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