1、電力二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理
電力二極管（PowerDiode，PD）是指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管，它與其他電力電子器件相配合，作為整流、續(xù)流、電壓隔離、鉗位或保護(hù)元件，在各種變流電路中發(fā)揮著重要作用。
電力二極管與小功率電力二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性相似，但它的主要參數(shù)的規(guī)定、選擇原則等不盡相同，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)引起注意。
電力二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，其面積較大，最新研制出的特殊二極管如快速恢復(fù)二極管，在制作工藝上有新的突破，使開關(guān)時(shí)間大為減少。
電力二極管引出兩個(gè)極，分別稱為陽(yáng)極A和陰極K，使用的符號(hào)也與中、小功率電力二極管一樣，如圖2.1所示。由于電力二極管的功耗較大，它的外形有螺旋式和平板式兩種。螺旋式二極管的陽(yáng)極緊拴在散熱器上。平板式二極管又分為風(fēng)冷式和水冷式，它的陽(yáng)極和陰極分別由兩個(gè)彼此絕緣的散熱器緊緊夾住。
圖1電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)
a）外形b）結(jié)構(gòu)c）電氣圖形符號(hào)
PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)，PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?/p>
PN結(jié)的反向擊穿：
有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。
PN結(jié)的電容效應(yīng)：
PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比而擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。
造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：
正向?qū)〞r(shí)要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。
2、電力二極管的基本特性
1）靜態(tài)特性
主要指其伏安特性
當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。
2）動(dòng)態(tài)特性
動(dòng)態(tài)特性--因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過渡過程，此過程中的電壓-電流特性是隨時(shí)間變化的。
開關(guān)特性--反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。
關(guān)斷過程：
須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。
在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。
3、電力二極管的類型
其主要類型有普通二極管、快恢復(fù)二極管、肖特基二極管。
1）普通二極管
普通二極管（GeneralPurposeDiode）又稱整流二極管（RectifierDiode），多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中。
普通二極管按照所用的半導(dǎo)體材料不同，可分為鍺二極管和硅二極管；按管芯結(jié)構(gòu)不同，可分為圖4所示的點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管和平面型二極管；根據(jù)管子用途不同，又可分為整流二極管、檢波二極管、開關(guān)二極管等。
點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬觸絲壓在光潔的半導(dǎo)體表面上，通以強(qiáng)脈沖電流，使觸絲一端和半導(dǎo)體牢固地?zé)Y(jié)在一起，構(gòu)成PN結(jié)，如圖4（a）所示。點(diǎn)接觸型二極管因觸絲與半導(dǎo)體接觸面很小，只允許通過較小的電流（幾十毫安以下），但在高頻下工作性能很好，適用于收音機(jī)中對(duì)高頻信號(hào)的檢波和微弱交流電的整流。國(guó)產(chǎn)鍺二極管2AP系列、2AK系列，都是點(diǎn)接觸型的。
面接觸型二極管的PN結(jié)面積較大，并做成平面狀，如圖4（b）所示。它可以通過較大的電流，適用于對(duì)電網(wǎng)的交流電進(jìn)行整流。國(guó)產(chǎn)大部分2CP系列和2CZ系列的二極管都是面接觸型的。
圖4 ?普通二極管的管芯結(jié)構(gòu)
2）快速恢復(fù)二極管
恢復(fù)過程很短特別是反向恢復(fù)過程很短（5μs以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管。工藝上多采用了摻金措施，結(jié)構(gòu)上有的采用PN結(jié)構(gòu)類型，也有的采用對(duì)此加以改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)。
3）肖特基二極管
以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管（SchottkyBarrierDiode--SBD），簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)在于：反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns），正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管。因此，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的弱點(diǎn)在于：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V以下的低壓場(chǎng)合；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。
肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與PN結(jié)二極管有很大區(qū)別，它的內(nèi)部是由陽(yáng)極金屬（金、銀、鋁、鉬、鉑等材料制造成阻擋層）、二氧化硅消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng)（提高管子耐壓）、N一外延層、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構(gòu)成。如圖1和圖2所示，在N型基片和陽(yáng)極金屬之間形成肖特基勢(shì)壘。
