图5-1 功率二极管的关断特性图示

在使用电力半导体器件的过程中，第一步就是选取适当的器件。选器件的关键是选参数，器件的特性一般是用由器件的相关参数来表征。下面以功率二极管和双极晶体管为例来说明器件特性与参数之间的关系。

1.功率二极管特性与参数

功率二极管可以看成是一个典型的单PN结电力半导体器件，实际应用中主要关注其开关暂态特性和通态特性。

功率二极管在电压型变换器换流中的关断过程如图5-1所示。在PN结正向导通时（I_F、U_F），发生换流过程。由于PN结正向导通时体内存在大量的过剩载流子，即大量过剩的电子和空穴。因此，在该功率二极管达到“阻态”前，所存储的电荷必须全部扫出或复合。在未恢复到反偏高阻断状态之前，该功率二极管相当于短路状态，在反偏电场作用下，正向电流逐步减小到零，二极管电压开始反向，电流开始减小，空间电荷区电场加宽，最终达到反偏时高阻断状态。

由该关断特性可以看到，其中有几个参数是该特性的关键参数：

反向重复峰值电压（U_RR）：即功率二极管所能承受的最大的反偏置电压；

反向恢复时间t_RR：即反向电流从零上升到峰值I_RR，再从峰值I_RR降到零所需的时间，该时间一般作为器件开关速度的度量。

反向恢复电荷Q_RR：即为t_RR期间耗尽存储的总电荷（可由图5-1阴影部分计算出来）。该指标反映了反向恢复损耗的大小。

当功率二极管从反偏转向正向导通时，其PN结的通态压降并不立即达到其静态伏安特性所对应的稳态压降值，而需经过一段正向恢复时期t_FR。功率二极管的正向恢复特性机制在前面章节中已经分析过，存在阻性机制和感性机制。图5-2给出了功率二极管正向导通时的电压动态波形。由此可见：在开通初期，二极管出现较高的瞬态压降U_FP，经过一定时间后才能处于稳定状态。

图5-2 功率二极管的开通特性

由功率二极管的开通特性可见，下面几个参数是描述该特性的关键参数：

正向恢复时间t_FR：即二极管从电流为零至电流稳定值所需要的时间；

正向动态峰值压降U_FR：在导通过程中，正向电压所能到达的最大值；

正向电流上升率di/dt：在导通过程中，正向电流的上升速率。(www.daowen.com)

表5-1给出了一个实际功率二极管的主要参数值，可以看到：这些参数都有一定的物理意义，与器件的物理特性有一一对应关系，且具体值的定义都是在一定标准条件下得出来的。

表5-1 5SDF03D4502二极管的重要参数

2.双极晶体管特性与参数

双极晶体管由三层半导体组成（构成两个PN结：集电结和发射结），是一个典型的多PN结功率半导体器件，其特性是由两个PN结之间的关系所决定。一般来说，双极晶体管可以工作在三种状态，即放大状态、饱和状态和截止状态，它的伏安特性如图5-3所示。在电力电子技术中，双极晶体管只作为开关使用，工作于截止和饱和两种状态。所以说，双极晶体管也是一种“开关”器件，在此以双极晶体管的通态和阻态特性来说明特性与参数之间的关系。

图5-3 双极晶体管的伏安特性

双极晶体管的通态特性即为工作于饱和状态，此时集电结、发射结均为正向偏置。当在器件上加正向电压U_CE和正向驱动电压U_GE，即为共射极接法，随着基极电流增加，负载上电压增加，而电源电压不变，因此集电结反偏电压必须下降。当负载上电压增加到集电结反偏电压为零时，双极晶体管进入临界饱和状态，基极电流再增加时，双极晶体管的饱和加深，双极晶体管进入饱和时，集电极电流就不再明显增加了。饱和状态时发射结和集电结都为正偏置，饱和压降很小。

因此，通态特性中的主要参数如下。

最大可重复的通态电流I_F：即在“开关”条件下的双极晶体管进入饱和状态时的最大集电极电流。

通态时的器件压降U_CE：即在饱和状态下的双极晶体管压降，该压降主要由于半导体体电阻引起，希望越小越好。

最小驱动电流I_B：使双极晶体管进入临界饱和状态时的基极电流。

当双极晶体管工作于截止状态时，I_B=0，即发射结正向偏置电压为零或反偏，集电结总是为反向偏置，此时双极晶体管表现出来的特性即为阻态特性。

此时，反映双极晶体管阻态特性的主要参数如下。

最大可重复的器件耐压U_RRM：即在“开关”条件下晶体管集电结反向偏置最大电压；

阻态漏电流I_RRM：即在双极晶体管截止状态下，集电极与发射极之间的短路电流。