器件的开通过程实际上包含了器件的正向恢复过程。以功率二极管为例来分析器件开通的物理过程。图5-23为一典型的功率二极管的正向恢复过程示意图。当二极管进入开通过程，在开通初期，二极管出现较高的瞬态压降U_FR，经过一定时间后才能处于稳定状态，其电流以上升速率（dI_F/dt）上升。可以通过一些公式推导和仿真来分析二极管的正向恢复过程。

图5-23 典型的正向恢复 过程示意图

二极管开通时，根据漂移电流公式有：

式中 U_M——基区电压；

q_M0——基区初始电荷。

将q_M0用基区初始电阻R_M0表示，即q_M0=T_MU_Tj/R_M0，便可得到：

根据上式，得到由于基区电导调制产生的正向恢复电压：

R_M0可根据正向导通时二极管的电压波形初始斜率（du₀）和电流波形初始斜率（di₀）计算得到：

R_M0=du₀/（2di₀） （5-16）

上面正向恢复模型仅描述由电导调制效应产生的正向恢复电压。实际二极管还包括由“电感效应”产生的感应电压。可以采用一个与二极管串联的电感L_d来模拟此效应。因此，正向恢复电压为

U_D=U_M-L_dα （5-17）

基于上述功率二极管开通模型和采用如图5-24所示的实际换流电路，可以仿真计算出功率二极管（FWD）的正向恢复电压和电流波形。实际应用电路参数为：U_DC=600V，I_Load=60A，T_j=25℃，L_S=3μH，L_i=5.2μH，C_CL=2.02μF，R_S=1.21Ω。图5-25则为该功率二极管正向恢复过程的电压和电流波形的仿真和实验结果。

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图5-24 测量功率二极管特性电路

图5-25 开通过程的仿真与实验比较

图5-26 开通过程参数定义图

由于在开通时，电压从高至低，电流从零到高，则开通过程瞬时功耗大，尤其是随着开关频率的增加而器件损耗明显增加，甚至超过器件的稳态功耗。如对一典型的功率二极管，50Hz时，稳态功耗为95%，瞬时功耗为5%；3kHz时，稳态功耗为10%，瞬时功耗为90%；10kHz时，稳态功耗为5%，瞬时功耗为95%。另一方面，在器件开通过程中，器件承受较大的di/dt和du/dt电应力，严重影响器件的安全运行。因此，在器件的实际应用中，应尽量合理缩短器件开通时间，降低器件开通过程中的电应力。从器件内部物理机制上讲，就是加快器件开通的扩展过程。晶闸管、GTO和IGCT等的初始导通面积小。同时，电流上升速度与开通扩展速度有一个比较，要协调选取适当的开通参数。

描述器件开通的几个参数：

（1）开通时间：t_on=t_d（延迟）+t_r（上升），其定义如图5-26所示。

t_d——器件获取开通指令后，载流子渡越基区，使器件开始导通，电流开始

上升；

t_r——初始导通区扩展到器件完全导通。

显然，开通时间越长，开通损耗越大。开通损耗可以据下式计算：

（2）电流上升率的耐量di/dt。导通的初始面积，越小越易烧坏；导通面积的扩展速度是决定器件di/dt耐量的一个重要的参数。

（3）动态压降：对应电流i的最大值所得到的电压称为动态压降DV，DV越小，意味着该管子开通时间快。