混合断路器用大功率二极管高频特性研究.pdf

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1、船电技术I控制技术混合断路器用大功率二极管高频特性研究尹小恩(海军驻湖南地区军事代表室湖南411101)摘要：本文以混合断路器用大功率二极管为研究对象，详细分析了功率二极管的正向导通过程，建立了正向恢复的集总电荷模型，对影响二极管正向恢复过电压的相关参数进行了探讨，实验结果证明了理论分析的正确性。关键词：混合断路器大功率二极管正向恢复集总电荷模型中图分类号：TM561文献标示码：A文章编号：1003—4862《12011)07一-0079_-03ResearchontheHighFrequencyCharacteristicofHighPowerDiodeinHybridCircuitBr

2、eakerYinXiaO’ell(NavalRepresentativesOficeinHunan，Hunan411101，China)Abstract：Thehighpowerdiodehybridcircuitbreakerinvestigatedinthispaper．Yfithadetailedanalysisofturn—onprocess,thelumpedchargemodelfordiodeforwardrecoveryisdeveloped．Accordingtothemodeltheparameterscorrespondingtotheover-voltageinth

3、eforwardrecoveryprocessarediscussed．Allthetheoreticalfindingsarefinallyverifedbytheexperimentalresults．Keywords：hybridcircuitbreaker,"highpowerdiode；forwardrecovery．，‘lumpedchargemode1．P—i-．n(D+n—n+)功率二极管结构剖面图1(a)1引言所示，由两个重掺杂区(p+和n+)及中间间隔的轻掺杂区(n-)组成。过剩少数载流子在pn结的另一功率二极管广泛的应用于现代电力电子电路边形成较大的浓度分布，如图1(

4、b)所示。研究表之中【l】，作为混合断路器中最重要的功率器件，其明，二极管n．区的过剩载流子浓度分布的产生和消开关瞬态特性对系统的安全工作、运行性能以及散过程是决定其开通和关断瞬态特性的主要因素。EMI等有着较大的影响【4】。2．1正向导通过程功率二极管的工作状态改变需要一定的时间，当给处于截至状态的功率二极管突加正向电从导通到可靠截至要经历一个反向恢复过程；从截压时，管压降会随着电流的上升首先出现一个电压至到充分导通需要一个正向恢复过程。文献[2．6]对过冲(几伏～几十伏)，然后才逐渐趋于稳定(约其反向恢复特性进行了大量的研究，文献[4．7】对其为1伏)，其开通过程的特性曲线如图2所示。

5、开正向恢复特性做了一些研究工作。本文从实验出通过程二极管正向压降为发，对功率二极管的正向恢复特性进行了较深入的分析和研究。VF()=Vp()+VN(f)+v，(f)(1)2功率二极管的正向恢复模型其中VP和VN是p．i和i-n的结电压，v，是二极管中间i区电压。当正向电流以diF／dt的变化率从零增长时，多数载流子会首先注入到最邻近p．i结和i-n结的区域，然后再从那里向中间区域的中心扩散。收稿日期：2011-0523以空穴运动为例，注入到n区的空穴首先积累在pn作者简介：尹小恩(1971-)，男，工程师，专业方向：电结的n区边界，并逐渐向n区的x轴方向扩散，扩机电器。79船电技术l控制技

6、术Vo1．31No．72011．7散过程中，不断与电子复合，使空穴在n区形成一半个1区上的压降，乃2为整个区的扩散时间，定的浓度分布。为热电压，q2=qAa2p2，qqAd2pMo。将qMO=2VTrldeMo代入得臣二=[圈(a)结构考虑整个p—i—n二极管，令g2q2，2乃2，并假设电流iF(t)=at线性上升时，由式(1)和式(3)可得VF(t)=ve(t)+vs(t)+2vM(t、=vp(t)+vN(t)(b)载流子分布+—一_『(4)图1功率二极管的结构和载流子分布示意图RMOaTlLt—rO一8)-JI+功率二极管正向导通过程中出现过电压的机制主要有阻性机制和感性机制。阻性机制

7、是载流子注其中为载流子寿命，从上式可以看出，功率二极入的电导调制效应。这里有三个要点：(1)导通初管正向导通过程中出现的电压峰值与参数，r以期，pn结电压逐渐增加，使注入到n区的空穴浓度及RMO密切相关。增大到与稳态正向电流相应的值；(2)n区空穴2．3发射极(重掺杂区端部)复合效应浓度分布需要一定的时间才能形成与稳态电流稽相当电流很大时，注入到重掺杂P和n区发射极应的分布；(3)功率二极管n区内空穴数目的不断区域的载流