二极管开关过程与功耗研究

在较高频率下应用的时候，需要注意除了我们知道的正常的导通状态和正常的截至状态以外，在两种状态之间，转换中还存在着开启效应和关断效应。在的中其电流和电压的变化如图所示：

① 开启效应:表征着二极管由截止过渡到导通的特性，从反向电压VR正向导通，跳变至最高电压V?P，然后慢慢降低为二极管正向导通电压VF，达到稳定状态的过程称为二极管的正向恢复过程。这一过程所需要的时间称为正向恢复时间。开启过程的过程是对对反偏二极管的结电容充电，使二极管的电压缓慢上升，因PN结耗尽区的工作机理，使电压的上升比电流的上升要慢很多。
② 关断效应：表征着二极管由导通过渡到截止的特性，从二极管正向导通电压VF，跳变至负向最高电压VFF，然后反向截止达到稳定状态VR的过程称为二极管的反向恢复过程。这一过程所需要的时间称为反向恢复时间。由于电荷存储效应，二极管正向导通时，会存在非平衡少数载流子积累的现象。在关断过程中存储电荷消失之前，二极管仍维持正偏的状态。为使其承受反向阻断的能力，必需将这些少子电荷抽掉。反向恢复时间分为存储时间Ts与下降时间Tf，存储时间时二极管处在抽走反向电荷的阶段，在这段时间以后电压达到反向最大值，二极管可开始反向阻断，下降时间则是对二极管耗尽区结电容进行充电的过程，直到二极管完全承受外部所加的反向电压，进入稳定的反向截止状态。
二极管的暂态过程就是PN结电容的充、放电过程。二极管由截止过渡到导通时，相当于电容充电，二极管由导通过渡到截止时，相当于电容放电。二极管结电容越小，充、放电时间越短，过渡过程越短，则二极管的暂态特性越好。
正向过程损耗

这是一个估计的结果
反向过程损耗
计算方法也是估计的（这是续流电路的情况）

实际的功率二极管用在不同的地方，其结果也是并不相同的，按照书中整流和续流两块去分析，我可能将之整理一下效果较好。感兴趣的同志们可以去看看，挺详细和详实的一本书。
整个开关过程，实质上，就是认为对结电容进行操作。如果没有电容，整个开关过程是非常理想的，也就等效成为一个理想的开关了。
补充（引用网上不明作者的图和过程分析）：
由于二极管外加正向电压时，载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时Ｐ区空穴向Ｎ区扩散，Ｎ区电子向Ｐ区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流子，如下图所示。

空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在 LP范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。
当输入电压突然由+VF变为-VR时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少：
① 在反向电场作用下，Ｐ区电子被拉回Ｎ区，Ｎ区空穴被拉回Ｐ区，形成反向漂移电流IR，如下图所示；
② 与多数载流子复合。

在这些存储电荷消失之前，ＰＮ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ＰＮ结的电阻仍很小，与RL相比可以忽略，所以此时反向电流IR= （VR＋VD）/RL。VD表示ＰＮ结两端的正向压降，一般 VR>>VD，即 IR＝VR／RL。在这段期间，IR基本上保持不变，主要由VR和RL所决定。经过时间ts后Ｐ区和Ｎ区所存储的电荷已显著减小，势垒区逐渐变宽，反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tt，二极管转为截止。由上可知，二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程，实质上由于电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。