二極管開關過程與功耗研究

二極管在較高頻率下應用的時候，需要注意二極管除了我們知道的正常的導通狀態(tài)和正常的截至狀態(tài)以外，在兩種狀態(tài)之間，轉換過程中還存在著開啟效應和關斷效應。二極管在開關的過程中其電流和電壓的變化過程如圖所示：

① 開啟效應:表征著二極管由截止過渡到導通的特性，從反向電壓VR正向導通，跳變至最高電壓V?P，然后慢慢降低為二極管正向導通電壓VF，達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程稱為二極管的正向恢復過程。這一過程所需要的時間稱為正向恢復時間。開啟過程的過程是對對反偏二極管的結電容充電，使二極管的電壓緩慢上升，因PN結耗盡區(qū)的工作機理，使電壓的上升比電流的上升要慢很多。
② 關斷效應：表征著二極管由導通過渡到截止的特性，從二極管正向導通電壓VF，跳變至負向最高電壓VFF，然后反向截止達到穩(wěn)定狀態(tài)VR的過程稱為二極管的反向恢復過程。這一過程所需要的時間稱為反向恢復時間。由于電荷存儲效應，二極管正向導通時，會存在非平衡少數載流子積累的現象。在關斷過程中存儲電荷消失之前，二極管仍維持正偏的狀態(tài)。為使其承受反向阻斷的能力，必需將這些少子電荷抽掉。反向恢復時間分為存儲時間Ts與下降時間Tf，存儲時間時二極管處在抽走反向電荷的階段，在這段時間以后電壓達到反向最大值，二極管可開始反向阻斷，下降時間則是對二極管耗盡區(qū)結電容進行充電的過程，直到二極管完全承受外部所加的反向電壓，進入穩(wěn)定的反向截止狀態(tài)。
二極管的暫態(tài)開關過程就是PN結電容的充、放電過程。二極管由截止過渡到導通時，相當于電容充電，二極管由導通過渡到截止時，相當于電容放電。二極管結電容越小，充、放電時間越短，過渡過程越短，則二極管的暫態(tài)開關特性越好。
正向過程損耗

這是一個估計的結果
反向過程損耗
計算方法也是估計的（這是續(xù)流電路的情況）

實際的功率二極管用在不同的地方，其結果也是并不相同的，按照書中整流和續(xù)流兩塊去分析，我可能將之整理一下效果較好。感興趣的同志們可以去看看，挺詳細和詳實的一本書。
整個開關過程，實質上，就是認為對結電容進行操作。如果沒有電容，整個開關過程是非常理想的，也就等效成為一個理想的開關了。
補充（引用網上不明作者的圖和過程分析）：
由于二極管外加正向電壓時，載流子不斷擴散而存儲的結果。當外加正向電壓時Ｐ區(qū)空穴向Ｎ區(qū)擴散，Ｎ區(qū)電子向Ｐ區(qū)擴散，這樣，不僅使勢壘區(qū)（耗盡區(qū)）變窄，而且使載流子有相當數量的存儲，在Ｐ區(qū)內存儲了電子，而在Ｎ區(qū)內存儲了空穴，它們都是非平衡少數載流子，如下圖所示。

空穴由Ｐ區(qū)擴散到Ｎ區(qū)后，并不是立即與Ｎ區(qū)中的電子復合而消失，而是在一定的路程LP（擴散長度）內，一方面繼續(xù)擴散，一方面與電子復合消失，這樣就會在 LP范圍內存儲一定數量的空穴，并建立起一定空穴濃度分布，靠近結邊緣的濃度最大，離結越遠，濃度越小。正向電流越大，存儲的空穴數目越多，濃度分布的梯度也越大。我們把正向導通時，非平衡少數載流子積累的現象叫做電荷存儲效應。
當輸入電壓突然由+VF變?yōu)?VR時Ｐ區(qū)存儲的電子和Ｎ區(qū)存儲的空穴不會馬上消失，但它們將通過下列兩個途徑逐漸減少：
① 在反向電場作用下，Ｐ區(qū)電子被拉回Ｎ區(qū)，Ｎ區(qū)空穴被拉回Ｐ區(qū)，形成反向漂移電流IR，如下圖所示；
② 與多數載流子復合。

在這些存儲電荷消失之前，ＰＮ結仍處于正向偏置，即勢壘區(qū)仍然很窄，ＰＮ結的電阻仍很小，與RL相比可以忽略，所以此時反向電流IR= （VR＋VD）/RL。VD表示ＰＮ結兩端的正向壓降，一般 VR>>VD，即 IR＝VR／RL。在這段期間，IR基本上保持不變，主要由VR和RL所決定。經過時間ts后Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)所存儲的電荷已顯著減小，勢壘區(qū)逐漸變寬，反向電流IR逐漸減小到正常反向飽和電流的數值，經過時間tt，二極管轉為截止。由上可知，二極管在開關轉換過程中出現的反向恢復過程，實質上由于電荷存儲效應引起的，反向恢復時間就是存儲電荷消失所需要的時間。