1、  功率二极管的基本特性

图1（a）和图1(b)所示为功率二极管的电路符号和静态伏安特性。我们已经知道，当二极管处在正向电压作用下，管子两端正偏压很小(约1V左右)时便开始导通；若二极管两端加以反向电压时，在被击穿前仅有极小的可忽略不计的泄漏电流流过器件；正常工作时，加在二极管上的反向电压应小于击穿限定电压值。

    根据二极管在阻断状态（反向电压下）时仅有极小的漏电流和在导通状态时管压降很低的特点，比较其工作过程中的电压和电流的变化，我们可以得到它的理想伏安特性，如图1（c）所示。该理想特性可用于换流器的基本结构和工作原理分析。但是在要求有二极管精确模型的电路分析或实际换流器的设计中（例如，当估算器件的散热条件时，必须知道管子的正向压降，尽管该参数值可能很小），常用另一种理想特性表示，如图2(a)所示，对应的等效电路如图2(b)。图2(b)中E代表二极管的正向导通偏压，电阻R_D表示正向导通时的等效电阻。作为基础性原理介绍，在以后的电路分析中涉及二极管时，我们均采用理想特性图1（c）进行简化替代。

    由于二极管的导通速度相对电力电路的暂态变化过程来说要快得多，因此可把二极管看成理想开关。但是在其关断过程中，由于半导体PN结需要进行反向充电，以便与阻断电压相平衡，二极管中的电流会反向流动，并持续一段时间后才衰减为0，这段时间称为反向恢复时间t_rr，如图3所示。这种现象可能导致含有电感的电路发生过电压，但在多数工频整流电路中，它对换流器的换相工作特性影响不大；因此，在二极管关断的瞬间仍然可以把它看成是理想开关。

按照实际应用的要求，可选择以下不同类型的功率二极管。

（1）     肖特基二极管。与常用的PN结整流二极管不同，它是单极性二极管，因此不受充电过程和反向恢复时间t_rr（一般略为几十纳秒）的影响。从器件结构而言，在降低正向管压降和增大反向漏电流间取其折中结果，它适用于较低输出电压和要求有较低正向管压降（典型值为0.3V）的换流器电路。这种二极管的反向阻断电压水平在50~100V之间。

（2）     快速恢复二极管。用于与可控开关配合的高频电路中。这些电路要求很小的反向恢复时间，例如，在数百伏电压和上百安培电流条件下，其t_rr应小于几个微秒。

（3）       工频二极管。其导通态正向压降很低，但反向恢复时间较长，这在工频电路中是可以接受的，它适用于反向阻断电压数千伏和工作电流数千安的大容量换流器。从理论上讲，可通过这种二极管的串、并联满足任意电压和电流数值的要求。

2、  二极管的基本应用。

（1）           整流  利用二极管正偏时导通、反偏时截止的不对称非线性特性（见图1b）实现整流变换，如图4(a)所示，这是二极管最基本的应用。

（2）             续流  用做续流二极管，如图4(b)所示。当开关S切断电感电路时，为防止电感产生很高的反电动势e=L·di/dt，而损坏设备，接入一个二极管D，使电感电流有一个继续流动的回路，使开关管S在关断时其两端电压不超过电源电压U_S，避免了因电感断流而在开关器件两端出现高压。

（3）             限幅  当输入信号电压U_S变化范围很大时，为了使信号电压的幅值能够限制在某个范围之内，可采用如图4(c)所示的二极管限幅电路。设二极管阈值电压为U_th，当U_S<U_th时，二极管截止不导通，信号全部输出，U_O=U_S；当U_S>U_th时，二极管导通，二极管电压被限制为正向导通电压。一个硅管约为0.7V，一个锗管约为0.3V。几个二极管串联可得到不同的限幅值。

（4）             钳位  图4(d)中负载电阻R_L改变时，只要二极管D处于正偏导通状态；则输出端电压U_O将等于电源电压U_G加二极管正向电压降U_F，U_O=U_G+U_F而与负载无关。即U_O被钳位到U_G+U_F。当然要保持二极管总是处于正偏导通状态，R_L不能过小，R_L太小时流过R上的电流过大、R上的电压降太大以致（E-R·I）<U_G时，二极管反偏截止，U_O将随R_L的改变而改变，钳位电路失去作用。

（5）           稳压  稳压管（符号为图4(e)中的D_Z）也是一种半导体二极管。这种二极管的正常工作区是在反向击穿区，如图1(b)中第三象限区。二极管反向击穿后反向电流改变时，其反向端电压基本不变。因此图4(e)中当电源电压U_S改变时，通过稳压管的反向电流改变，使串联电阻R上的压降改变，而使负载电压U_O基本不变。这种简单的稳压电路应用也很广泛。