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二极管的电容效应、等效电讲及开合特征

2020-06-28 栏目 :MACD频道 阅读 : 678 关键词:存储dif

  PN结内枯竭导电的载流子,其电导率很低,相当于介质;而PN结两侧的P区、N区的电导率高,相当于金属导体。原形上,当PN结两端加正向电压时,PN结变窄,结中空间电荷量放松,特殊于电容放电,当PN结两头加反向电压时,PN结变宽,结中空间电荷量增长,极度于电容充电。势垒电容与普通电容区别之处,在于它的电容量并分外数,而是与外加电压相合。当前普遍专揽的变容二极管,便是利用PN结电容随表加电压改变的个性制成的。

  结正向偏置时,N区的电子向P区扩散,正在P区出现肯定的非均衡载流子的浓度分散,即迫近PN结一侧浓度高,间隔PN结的一侧浓度低。明晰,正在P区累积了电子,即存贮了必定数量的负电荷;同样,在N区也堆集了空穴,即存贮了必定数的正电荷。当正向电压加大时,扩散加紧,这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增补,以至正在两个区域内发作了电荷积聚,特殊于电容器的充电。相反,当正向电压减幼时,扩散减少,即由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少,变成两个区域内电荷的松开,这极度于电容器放电。于是,可以用一个电容来模仿,称为扩散电容。

  总之,二极管暴露出两种电容,它的总电容Cj非常于两者的并联,即Cj=CB + CD。二极管正向偏置时,扩散电容宽广于势垒电容 Cj≈CD ;而反向偏置时,扩散电容可能漠视,势垒电容起紧要功用,Cj≈CB 。

  二极管是一个非线性器件,将就非线性电路的解析与估量是相比庞杂的。为了使电道的分解简化,可能用线性元件组成的电途来模拟二极管。使线性电讲的电压、电路相关和二极管表性子相像相仿,那么这个线性电途就称为二极管的等效电叙。显明等效电途是在一定条款下的近似。二极管掌管于直流电道时,常用一个理想二极管模型来等效,可把它看成一个理念开关。正偏时,十分于开关塞关(ON),电阻为零,压降为零;反偏时,异常于开关断开(OFF),电阻为无尽大,电流为零。因为理想二极管模子杰出阐发了二极管最根基的性子--单领导电性,以是广博左右于直流电途及开关电讲中。正在直流电谈中要是考虑到二极管的电阻和门限电压的重染。实际二极管可用图Z0112所示的电途来等效。在二极管两端加直流偏置电压和管事在交流幼标志的条目下,可以用简化的电途来等效。图中rs为二极管P区和N区的体电阻。

  二极管正偏时导通,异常于开关的接通;反偏时休歇格外于开关的断开,讲解二极管拥有开合特色。然而一个理想的开关,正在接通时开关己方电阻为零,压降为零,而断开时电阻为无尽大,电流为零,并且哀求正在高速开闭时仍具有以上性情,不需要开关时刻。但现实二极管动作开关运用,并不是太理思的。由于二极管正指点通时,其正向电阻和正向降压均不为零;反向戳止时,其反向电阻也不是无穷大,反向电流也不为零。况且二极管开、关形态的更换提供必然时候.这就限造了它的开合速度。以是作开合时,应采取正向电阻RF小、反向电阻RR大、开闭时间小的开闭二极管。

  续流二极管的效果如下:速复兴二极管关键用作续流二极管,与快快开合三极管并联后背带感性负载,如Buck,Boost调动器的电感、变压器和电机,这些电途大部分是用恒脉脉宽调制控造,感性负载肯定了流过续流二极管的电流是平昔的,三极管灵通时,续流岔路要阻止以防短路,下面例子给出了三极管与续流二极管的互相效能。

  图1是简化的Buck电路。其输出电压Vout低于输入电压Vin。图2是T1的控造标帜和T1,D1的电压、电流波形。有源器件T1,D1的开放关断相位如下:

  T0时候T1有灵通标记。输入电压Vin加正在L,Cout的串联支叙,使iL线性加添。电感L和Vout决计电流,过一段时候后控制器使T1关断,在断续处事时,电感L储能(W=0.5LiL2)过程续流支道传送到Cout。在t2时间T1再次开通,悉数进程反复。

  二极管的开关历程可分为四部门:A.T1导通时二极管阻断;B.阻断到导通时辰;明白;C.T1关断,二极管导通;D.导通到关断瞬间;关断。

  A. 阻断MOFET导通时,二极管两头的反压是Vin。与总共的半导体日常,二极管的阳极到阴极有一个幼电流(耐电流IR),走电流由阻断电压,二极管芯片管事温度和二极管创设本事定夺。反向电压导致的总功率耗费是:PSP=VIN·IR

  B. 通达三极管T1闭断刹那,电感电流iL僵持坚固。二极管两端电压逐渐减幼,电流缓慢上涨。D1的电流飞扬时间等于T1的电流下降时间。关断时正在pn滚存储的巨额电荷被载流子带走,使得电流上涨时pn结的电阻减小,二极管开放时有电压尖峰,由芯片温度、-diF/dt和芯片工艺决心。

  正向电压尖峰与反向电压比拟很小(50V),应用时不陶染二极管的工作(图7中的D1波形)。然而二极管的邃晓电压尖峰加添了三极管的电压应力和关断花费。

  C. 通态二极管导通正向电流lF,pn结的门限电压和半导体的电阻定夺正向压降VF。这个电压由芯片温度、正向电流IF和制作工艺肯定。哄骗数据手册中的VTO和rT能够计算正向压降和通态消耗。

  揣度出来的损耗然而犹如值,因为VTO和rT随温度改变,而给出的但是正在必然温度下(TVJM的参考值。

  D. 关断与通态特点不同,高频专揽时二极管的抉择是否适当首要取决于关断性格的参数,三极管通达时,电流IF的移动率等于三极管电流飞扬率di/dt。假设掌握MOSFET或IGBT,其-diF/dt很方便超过1000A/μs。前面提到,二极管收复阻断伎俩前必须去除通态时保全在pn结的载流子。这就会发作反向收复电流,其波形取决于芯片温度、正向电流IF,-diF/dt和成立工艺。

  图4是正向个性沟通的金掺杂和铂掺杂外延型二极管区别温度下的反向复兴电流。

  铂掺杂二极管反向恢复电流的减小疾率很快(图5(b)),可控少数载流子的金掺杂二极管的光复特性较软(图5(a))。

  收复电流减幼得很速,线路等分布电教化致的电压尖峰越高。假如最大电压逾越三极管的耐压值,就必需掌管接收电途以担保摆设的平安干事。况且过高的du/dt会导致EMI/RFI题目,正在RFI受限的周遭要操纵庞杂的障蔽。

  二极管的反向光复电流不光会增加二极管的关断泯灭。还会添补三极管的开通消耗,由于它也是二极管的反向电流。图6(a)和(b)说明三极管灵通电流是电感电流加上二极管的反向复兴电流,而且邃晓时间受trr教化会增大。

  图6(a)和(b)浸心注脚软复兴性子时低复原电流的好处。最先,软克复特质的金掺杂二极管的电压尖峰较幼和反向收复电流较小。以是二极管有低关断花费。其次,低反向复兴电流可减幼三极管的明白消耗。于是,二极管的挑撰直接定夺了两个器件的功率消磨。

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