少数载流子累积效应与异常电压分析

以上清楚地说明了二极管的静态特性，下面将讨论二极管的动态特性。在图2.7a所示的升压斩波电路中，开关器件反复开关动作，放大一个周期的电压电流，如图2.7b所示。在时间轴的开始部分，几乎为一定值的I₁从输入向开关器件SD中流动，同时开关器件的控制信号由T_on切换到T_off。二极管中流动的电流i_D并不是从零阶跃直接切换到I₁，而是由于电路中存在的杂散电感（stray induct-ance）l_s抑制了（e_SD-E₂）/l_s的斜率而上升，至达到I₁为止，在此期间开关器件延迟关断^[1]。

图2.7 以开关电路和二极管的电压电流为中心描述的工作波形

㊁ 实际上反向恢复电压峰值可以达到几倍的E₂电压，即使软恢复二极管也不能把电压峰值都抑制在2E₂以下。实际应用中，缓冲电路是必要的，因为可以用它来将异常电压抑制在2E₂以下。参考图5.43的说明。

其次，T_off期间结束，考虑开关器件开始再次开通之后的二极管电流及其内部现象，分为3个阶段进行说明。

（1）正向电流直线减少期间 T_on期间e_SD=0，因l_s的影响，故电流i_D几乎以E₂/l_s斜率骤减，直到正向电流为零。(www.zuozong.com)

（2）反向电流增加、少数载流子抽取期间 电流过零以后，i_D向反方向增大，在此期间，以前注入在pn结接合部位所存储的过剩少数载流子被向两极抽取，在（1）和（2）期间二极管端电压保持正向压降。

（3）耗尽层形成、状态恢复期间 存储的少数载流子锐减，中间部分开始形成耗尽层，二极管端电压反转，反向外加电压逐步升高，当反向电压达到-E₂时，耗尽层几乎恢复了状态。在此之后，需要注意的还有较大反向电流流动的过程，杂散电感l_s中剩余大量的电磁能量，l_s和耗尽层的等价电容间一边发生谐振，一边消耗能量，直至恢复到开关初始状态。电压振荡时的过冲电压在二极管端子上会诱发很大的反向电压，这对二极管自身和装置都将造成危害。

将这一连串的现象归结为由少数载流子存储效应（minority carrier storage effect）引起异常电压的过程，这是具有pn结的半导体器件的固有缺点，换句话说，这是双极型器件固有的缺点。同时，将抽取少数载流子所需的时间称为少数载流子存储时间。

连接缓冲电路是解决异常电压的对策，或者在二极管制作过程中设法人为地推迟载流子的抽取过程，缓和各个状态的恢复过程，从而获得抑制反向电压峰值的方法，图2.7b所示的电流波形（点划线）用来表示这个过程。这种设法处理过的二极管称为软恢复二极管（soft recovery diode）^[2]，特别对于高电压用二极管，这是必备的手段。