雪崩二极管的基础知识图解

工作原理

在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下获得的能量增大，在晶体中运动的电子和空穴将不断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电流剧增， PN结就发生雪崩击穿。利用该特点可制作高反压二极管。下图是雪崩击穿的示意图。

雪崩二极管是一种负阻器件，特点是输出功率大，但噪声也很大。主要噪声来自于雪崩噪声，是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的，其性质和散弹噪声类似。雪崩噪声是雪崩二极管振荡器的噪声远高于其它振荡器的主要原因。

雪崩二极管如何帮助防止过电压

当IGBT在高性能应用中高速接通和断开时，总会发生过压。例如，当关闭负载电流电路时，集电极 - 发射极电压突然上升，达到非常高的峰值。由开关引起的过电压会严重损坏甚至破坏开关晶体管。

常见的过电压保护方法是“有源钳位（active clamping）”。在这种情况下，雪崩二极管用作直接反馈。如果关断导致电感负载过压峰值，则由雪崩二极管传导至IGBT栅极，并且IGBT重新接通。

上图显示了基本原理：当电压上升时，二极管被阻断（A）。在耗尽区中，一个自由电子触发雪崩的瞬间，电压突然下降到低于30V的击穿电压电平，雪崩二极管立刻击穿（B）。在重新启动之前，有时只能保持雪崩电流在短时间内稳定，并且电压再次上升（C）。击穿延迟（D）即两次击穿事件之间的时间，是不能预测的。

建议将具有改善噪声性能的雪崩二极管用于有源钳位过压保护，因为它们能够：