正向恢復時間和反向恢復時間詳解-KIA MOS管

正向恢復時間

正向恢復時間的定義：從二極管反向截止狀態到指定的正向導通狀態所需要的時間。

正向恢復時間產生的原因：

二極管導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。

這個現象的成因：

主要在恒流負載的驅動下，假設電流比較大，階躍速度比較快。此時由于二極管尚未完全導通，導致阻抗較高，因此會引起比較高的正向壓降，在做大電流，快速階躍的應用時應當注意這種現象。

對于在二極管導通的過程中阻抗的成因有兩部分，主要因素是因為在PN結中，電子的漂移速度是有限的，因此無法響應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象。一方面是因為我們驅動二極管的時候大多時恒壓源驅動的，很少有恒流源的情況，另一方面，能夠達到ns級別響應的恒流源也不常見，因此在實際二極管的使用過程中很難觀測到這種現象

反向恢復時間

反向恢復時間的定義：在正向電流按照指定的斜率衰減的條件下，二極管從正向導通到反向截止電流達到指定水平的時間。

二極管的反向恢復產生的原因：

二極管在開關轉換過程中出現的反向恢復過程，實質上由于電荷存儲效應引起的，反向恢復時間就是存儲電荷消失所需要的時間。

反向恢復過程：

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，輸入為 +VF，二極管導通，電路中有電流流過。

假設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 變為 -VR，在理想情況下，二極管將即刻變為截止狀態，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為截止狀態，而是先有正向的 IF 變為一個很大的反向電流 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，再經過 tt 時間后，下降到一個很小的數值 0.1*IR，這時二極管才會進入反向截止狀態。該過程如圖3所示。

一般將二極管從正向導通變為反向截止的過程成為反向恢復過程，其中 ts 稱為存儲時間，tt 稱為渡越時間，tre  =ts +tt 稱為反向恢復時間。

二極管的開關速度受到反向恢復時間的限制。

產生上述現象的原因是由于電荷存儲效應。

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

空穴由 P 區擴散到 N 區后，并不是立即與 N 區中的電子復合后消失，而是在一定的路程LP（擴散長度）內，一方面繼續擴散，一方面與電子復合消失，這樣就會在LP范圍內存儲一定數量的空穴，并建立起一定的空穴濃度分布，靠近 PN 結邊緣的濃度高，離 PN 結越遠，濃度越小。

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

把正向導通時，非平衡少子積累的現象叫做電荷存儲效應。

當輸入電壓突然由+VF 變為-VR 時， P 區存儲的電子和 N 區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 區電子被拉回 N 區， N 區空穴被拉回 P 區，形成反向漂移電流 IR ；

2.與多數載流子復合消失。

在這些存儲電荷消失之前，PN結仍處于正向偏置，即耗盡層仍然很窄，PN結的電阻仍然很小，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。經過 ts 時間后，P 區和 N 區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值，經過 tt 時間后，二極管轉為截止狀態。

由上可知，二極管的反向恢復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時間比反向恢復時間 tre  =ts +tt 短，則二極管在正、反方向都可以導通，起不到開關的作用。

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