正向恢复时间和反向恢复时间详解-KIA MOS管

正向恢复时间

正向恢复时间的定义：从二极管反向截止状态到指定的正向导通状态所需要的时间。

正向恢复时间产生的原因：

二极管导通时两端的电压如图

可以看到在二极管的到通过程中有一个十分明显的电压过程。

这个现象的成因：

主要在恒流负载的驱动下，假设电流比较大，阶跃速度比较快。此时由于二极管尚未完全导通，导致阻抗较高，因此会引起比较高的正向压降，在做大电流，快速阶跃的应用时应当注意这种现象。

对于在二极管导通的过程中阻抗的成因有两部分，主要因素是因为在PN结中，电子的漂移速度是有限的，因此无法响应瞬间加载到二极管两端的偏置电压，另一方面则是因为寄生电感的影响。

但是我们在实际使用的过程中很难观测到这种现象。一方面是因为我们驱动二极管的时候大多时恒压源驱动的，很少有恒流源的情况，另一方面，能够达到ns级别响应的恒流源也不常见，因此在实际二极管的使用过程中很难观测到这种现象

反向恢复时间

反向恢复时间的定义：在正向电流按照指定的斜率衰减的条件下，二极管从正向导通到反向截止电流达到指定水平的时间。

二极管的反向恢复产生的原因：

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。

反向恢复过程：

在图1所示的二极管电路中，加入一个如图2所示的输入电压。即在 0~t1 时间内，输入为 +VF，二极管导通，电路中有电流流过。

假设二极管的正向压降为 VD，当 VF 远大于 VD 时，VD 可忽略不计；如果在 t1 时刻，输入V1 突然从 +VF 变为 -VR，在理想情况下，二极管将即刻变为截止状态，电路中只有很小的反向漏电流。

但在实际情况中，二极管并不会立即变为截止状态，而是先有正向的 IF 变为一个很大的反向电流 IR  = VR/RL，这个反向电流会维持一段时间 ts 后才开始逐渐下降，再经过 tt 时间后，下降到一个很小的数值 0.1*IR，这时二极管才会进入反向截止状态。该过程如图3所示。

一般将二极管从正向导通变为反向截止的过程成为反向恢复过程，其中 ts 称为存储时间，tt 称为渡越时间，tre  =ts +tt 称为反向恢复时间。

二极管的开关速度受到反向恢复时间的限制。

产生上述现象的原因是由于电荷存储效应。

由于二极管外加正向电压+VF 时，P 区的空穴向 N 区扩散，N 区的电子向 P 区扩散，不仅使得耗尽层变窄，而且使得载流子有相当数量的存储，在 P 区内存储了电子，在N 区内存储了空穴，它们都是非平衡少子。

空穴由 P 区扩散到 N 区后，并不是立即与 N 区中的电子复合后消失，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，并建立起一定的空穴浓度分布，靠近 PN 结边缘的浓度高，离 PN 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。电子扩散到 P 区的情况类似。

把正向导通时，非平衡少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，它们会通过以下两个途径逐渐减少：

1.在反向电场的作用下， 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 ；

2.与多数载流子复合消失。

在这些存储电荷消失之前，PN结仍处于正向偏置，即耗尽层仍然很窄，PN结的电阻仍然很小，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，一般有VR ＞＞VD，即IR  = VR /RL。

在这段时间，IR基本上保持不变，主要由VR和 Rl决定。经过 ts 时间后，P 区和 N 区所存储的电荷已显著减小，耗尽层逐渐变宽，反向电流 IR 逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过 tt 时间后，二极管转为截止状态。

由上可知，二极管的反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。如果反向脉冲的持续时间比反向恢复时间 tre  =ts +tt 短，则二极管在正、反方向都可以导通，起不到开关的作用。

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