2.1.2【相关知识】电力二极管
2.1.2.1 电力二极管的结构和工作原理
1. 结构、电气符号和外形
（1）结构和电气符号
普通电力二极管的内部由一个面积较大的PN结和两端的电极及引线封装而成。在PN结的P型端引出的电极称为阳（正）极A，在N型端引出的电极称为阴（负）极K。电力二极管的结构和电气符号如图2-2所示。
（2）外形
电力二极管主要有螺栓型和平板型两种外形，如图2-3所示。一般而言，额定电流200A以下的器件多数采用螺栓型，200A以上的器件则多数采用平板型。
若将几个电力二极管封装在一起，则组成模块式结构。
图2-2 电力二极管的结构和电气符号
a）电力二极管的结构 b）电力二极管的电气符号
图2-3 电力二极管的外形
a）螺栓型 b）平板型
2. 工作原理
电力二极管的工作原理和普通二极管一样，当二极管处于正向电压作用时，PN结导通，正向压降很小；当二极管处于反向电压作用时，PN结截止，仅有极小的漏电流流过二极管。关于二极管的详细工作原理这里不再叙述。
2.1.2.2 电力二极管的伏安特性
电力二极管的伏安特性是指其阴阳极间所加的电压UD与流过阴阳极间电流ID的关系特性。电力二极管的伏安特性曲线如图2-4所示。
电力二极管的伏安特性曲线位于第Ⅰ象限和第Ⅲ象限。
1）第Ⅰ象限特性为正向特性，表明正向导通状态。当所加正向阳极电压小于门槛电压时，二极管只流过很小的正向电流；当正向阳极电压大于门槛电压时，正向电流急剧增加，此时正向电流的大小完全由外电路决定，二极管呈现低阻态，其正向压降（管压降）大约为0.6V。
图2-4 电力二极管的伏安特性曲线
URO—反向击穿电压 URSM—反向不重复峰值电压
URRM—反向重复峰值电压 IRR—反向重复平均电流
IRS—反向不重复平均电流
2）第Ⅲ象限为反向特性区，表明反向阻断状态。当二极管加上反向阳极电压时，开始只有极小的反向漏电流，二极管呈现高阻态。随着反向电压的增加，反向电流有所增大。当反向电压增大到一定程度时，漏电流就会急剧增加而二极管被击穿。击穿后的二极管若为开路状态，则二极管两端电压为电源电压；若二极管击穿成为短路状态，则二极管电压将很小，而电流却较大。所以必须对反向电压及电流加以限制，否则二极管将被击穿而损坏。其中URO为反向击穿电压。
2.1.2.3 电力二极管的主要参数
1. 正向平均电流IdD（额定电流）
电力二极管的正向平均电流IdD是指在规定的环境温度和标准散热条件下，二极管允许长期通过的最大工频半波电流的平均值。器件标称的额定电流就是这个电流。实际应用中，电力二极管所流过的最大电流有效值为IDM，则其额定电流一般选择为
式中的系数1.5～2是安全系数。
2. 正向压降UD（管压降）
正向压降UD是指在规定温度下，流过某一稳定正向电流时所对应的正向压降。
3. 反向重复峰值电压URRM（额定电压）
在额定结温[1]条件下，二极管反向伏安特性曲线的转折处对应的反向电压为反向不重复峰值电压URSM，URSM的80%为反向重复峰值电压URRM（额定电压），它是电力二极管能重复施加的反向最高电压。一般在选用电力二极管时，以其在电路中可能承受的反向峰值电压的两倍来选择额定电压。
4. 反向恢复时间
反向恢复时间是指电力二极管从正向电流降至0起到恢复反向阻断能力为止的时间。
2.1.2.4 电力二极管的主要类型
电力二极管在许多电力电子电路中都有广泛的应用。在后面的项目学习中可知，电力二极管可以在交流—直流变换电路中作为整流器件，也可以在电感元件的电能需要适当释放的电路中作为续流器件，还可以在各种变流电路中作为电压隔离、钳位或保护器件。在应用时，应根据不同场合的不同要求，选择不同类型的电力二极管。下面按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同，介绍几种常用的电力二极管。
1. 普通二极管
普通二极管又称为整流二极管，多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5μs以上，这在开关频率不高时并不重要，在参数表中甚至不列出这一参数。但其正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。
2. 快恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短（一般在5μs以下）的二极管被称为快恢复二极管，简称快速二极管。工艺上多采用掺金措施，结构上有的仍采用PN型结构，但大多采用对此加以改进的P IN结构。特别是采用外延型P IN结构的所谓快恢复外延二极管，其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右）。不管是什么结构，快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20～30ns。
3. 肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。肖特基二极管的反向恢复时间很短（10～40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的缺点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合；其反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。