理论教育 电路的特性分析双稳态与双瞬态电路特性分析

电路的特性分析双稳态与双瞬态电路特性分析

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:通常,电力半导体器件主要作为“理想开关”,其工作方式主要表现为双稳态,即通态与阻态。从上面的分析中可以看到:1)电力半导体器件的“导通稳态”与“阻断稳态”是由器件内部的PN结状态决定的;2)“导通稳态”与“阻断稳态”中反映出来的电阻差异并不是导体电阻的意义,而是反映器件内部载流子分布的情况。“双暂态”是“双稳态”切换中的过渡过程,亦是由器件内部的PN结状态所决定的。

电路的特性分析双稳态与双瞬态电路特性分析

通常,电力半导体器件主要作为“理想开关”,其工作方式主要表现为双稳态,即通态与阻态。但在实际应用中,由于器件内部的工作机理,更通俗地讲,由于功率器件处理的是功率与能量,能量不能消失也不能突变。因此,从通态到阻态或者从阻态再到通态,存在中间的过渡过程,这两个过程称之为:双瞬态,即开通与关断。

造成电力半导体器件短时间内导通状态有如此大的变化的主要原因,即为器件内部载流子浓度分布的变化。从单PN结或者多PN结的状态可以了解双稳态的物理本质。

1.导通稳态(通态)

当对器件两端施加足够的正向电压和在驱动端施加足够的驱动电压(电流),不管是单PN结器件还是多PN结器件,对于正偏置的PN结,由于正向电压形成的外电场削弱了PN结内部空间电荷区形成的内电场,打破了多子扩散和少子漂移的平衡,形成正向电流。随着外加电压的增加,正向电流按指数规律增长。对于多PN结器件(如PNP结构),当正向偏置PN结流过正向大电流时,注入基区(通常是N型材料)的空穴浓度大大超过原始N型基片的多子浓度,为了维持半导体电中性的条件,多子浓度也要相应地大幅度增加,即在注入大电流条件下原始N型基片的电阻率大大下降,也就是说电导率大大地增加,原来反偏置的PN结的空间电荷区被大大削弱,这时整个器件处于一种“低阻态”状况。只要保持外加正电压和驱动正电压(电流)足够大,就能维持这种这种“导通稳态”。

2.阻断稳态(阻态)

当对单PN结器件施加反向偏置,由于反偏电压形成的外电场加强了内部电场,从而强烈地阻止PN结多子扩散,但该电场使漂移加强,这种漂移形成漏电流,由于少子浓度很低,该漂移电流就很小,此时呈现“高阻态”状况。(www.daowen.com)

而对于多PN结器件(如PNP结构),去掉驱动电压(电流)时,处于反偏置的PN结这时又恢复了原来较大的空间电荷区。阻止了正向偏置PN结过来的多子扩散,形成了“高阻态”状况。

从上面的分析中可以看到:

1)电力半导体器件的“导通稳态”与“阻断稳态”是由器件内部的PN结状态决定的;

2)“导通稳态”与“阻断稳态”中反映出来的电阻差异并不是导体电阻的意义,而是反映器件内部载流子分布的情况。

“双暂态”是“双稳态”切换中的过渡过程,亦是由器件内部的PN结状态所决定的。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈