正向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)時間詳解-KIA MOS管

正向恢復(fù)時間

正向恢復(fù)時間的定義：從二極管反向截止狀態(tài)到指定的正向?qū)顟B(tài)所需要的時間。

正向恢復(fù)時間產(chǎn)生的原因：

二極管導(dǎo)通時兩端的電壓如圖

可以看到在二極管的到通過程中有一個十分明顯的電壓過程。

這個現(xiàn)象的成因：

主要在恒流負載的驅(qū)動下，假設(shè)電流比較大，階躍速度比較快。此時由于二極管尚未完全導(dǎo)通，導(dǎo)致阻抗較高，因此會引起比較高的正向壓降，在做大電流，快速階躍的應(yīng)用時應(yīng)當注意這種現(xiàn)象。

對于在二極管導(dǎo)通的過程中阻抗的成因有兩部分，主要因素是因為在PN結(jié)中，電子的漂移速度是有限的，因此無法響應(yīng)瞬間加載到二極管兩端的偏置電壓，另一方面則是因為寄生電感的影響。

但是我們在實際使用的過程中很難觀測到這種現(xiàn)象。一方面是因為我們驅(qū)動二極管的時候大多時恒壓源驅(qū)動的，很少有恒流源的情況，另一方面，能夠達到ns級別響應(yīng)的恒流源也不常見，因此在實際二極管的使用過程中很難觀測到這種現(xiàn)象

反向恢復(fù)時間

反向恢復(fù)時間的定義：在正向電流按照指定的斜率衰減的條件下，二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂闺娏鬟_到指定水平的時間。

二極管的反向恢復(fù)產(chǎn)生的原因：

二極管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過程，實質(zhì)上由于電荷存儲效應(yīng)引起的，反向恢復(fù)時間就是存儲電荷消失所需要的時間。

反向恢復(fù)過程：

在圖1所示的二極管電路中，加入一個如圖2所示的輸入電壓。即在 0~t1 時間內(nèi)，輸入為 +VF，二極管導(dǎo)通，電路中有電流流過。

假設(shè)二極管的正向壓降為 VD，當 VF 遠大于 VD 時，VD 可忽略不計；如果在 t1 時刻，輸入V1 突然從 +VF 變?yōu)?-VR，在理想情況下，二極管將即刻變?yōu)榻刂範顟B(tài)，電路中只有很小的反向漏電流。

但在實際情況中，二極管并不會立即變?yōu)榻刂範顟B(tài)，而是先有正向的 IF 變?yōu)橐粋€很大的反向電流 IR  = VR/RL，這個反向電流會維持一段時間 ts 后才開始逐漸下降，再經(jīng)過 tt 時間后，下降到一個很小的數(shù)值 0.1*IR，這時二極管才會進入反向截止狀態(tài)。該過程如圖3所示。

一般將二極管從正向?qū)ㄗ優(yōu)榉聪蚪刂沟倪^程成為反向恢復(fù)過程，其中 ts 稱為存儲時間，tt 稱為渡越時間，tre  =ts +tt 稱為反向恢復(fù)時間。

二極管的開關(guān)速度受到反向恢復(fù)時間的限制。

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于電荷存儲效應(yīng)。

由于二極管外加正向電壓+VF 時，P 區(qū)的空穴向 N 區(qū)擴散，N 區(qū)的電子向 P 區(qū)擴散，不僅使得耗盡層變窄，而且使得載流子有相當數(shù)量的存儲，在 P 區(qū)內(nèi)存儲了電子，在N 區(qū)內(nèi)存儲了空穴，它們都是非平衡少子。

空穴由 P 區(qū)擴散到 N 區(qū)后，并不是立即與 N 區(qū)中的電子復(fù)合后消失，而是在一定的路程LP（擴散長度）內(nèi)，一方面繼續(xù)擴散，一方面與電子復(fù)合消失，這樣就會在LP范圍內(nèi)存儲一定數(shù)量的空穴，并建立起一定的空穴濃度分布，靠近 PN 結(jié)邊緣的濃度高，離 PN 結(jié)越遠，濃度越小。

正向電流越大，存儲的空穴數(shù)目越多，濃度分布的梯度也越大。電子擴散到 P 區(qū)的情況類似。

把正向?qū)〞r，非平衡少子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲效應(yīng)。

當輸入電壓突然由+VF 變?yōu)?VR 時， P 區(qū)存儲的電子和 N 區(qū)存儲的空穴不會馬上消失，它們會通過以下兩個途徑逐漸減少：

1.在反向電場的作用下， P 區(qū)電子被拉回 N 區(qū)， N 區(qū)空穴被拉回 P 區(qū)，形成反向漂移電流 IR ；

2.與多數(shù)載流子復(fù)合消失。

在這些存儲電荷消失之前，PN結(jié)仍處于正向偏置，即耗盡層仍然很窄，PN結(jié)的電阻仍然很小，與 Rl 相比可以忽略，所以此時反向電流IR  = VR +VD/RL 。VD表示PN結(jié)兩端的正向壓降，一般有VR ＞＞VD，即IR  = VR /RL。

在這段時間，IR基本上保持不變，主要由VR和 Rl決定。經(jīng)過 ts 時間后，P 區(qū)和 N 區(qū)所存儲的電荷已顯著減小，耗盡層逐漸變寬，反向電流 IR 逐漸減小到正常反向飽和電流的數(shù)值，經(jīng)過 tt 時間后，二極管轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)。

由上可知，二極管的反向恢復(fù)時間就是存儲電荷消失所需要的時間。如果反向脈沖的持續(xù)時間比反向恢復(fù)時間 tre  =ts +tt 短，則二極管在正、反方向都可以導(dǎo)通，起不到開關(guān)的作用。

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