二极管反向恢复机理与软度详解
二极管反向恢复机理与软度详解
二极管是电子工程中最基本的半导体器件之一，其反向恢复特性直接影响电路的性能和可靠性。本文将深入探讨二极管的反向恢复机理及其软度参数，并介绍二极管在不同场景下的应用。
二极管反向恢复机理
所有的PIN二极管，在传导正向电流时，都将从阳极和阴极注入大量的载流子。从阳极注入的空穴载流子在基区（i区）则以少子的形式存储电荷。少子注入使i区产生电导调制效应，使得正向通态压降很低。
但是当正处于正向导通的二极管突然外加一个反向电压时，由于i区有大量少数载流子的存储，故在实现反向关断之前需要将这些少数载流子完全抽出或者中和掉，这一过程就是我们所说的反向恢复过程，所需要的时间被定义为反向恢复时间(t_{rr})。
反向恢复过程的产生原因时少数载流子的注入，只要是双极型器件，只要有少子注入，就不可避免的会有反向恢复过程。但这一过程严重的限制了器件的高频特性，需要尽可能的减小和消除。
二极管反向恢复软度
表征二极管软度的方法通常是(t_a)与(t_b)的比值，即软度(S=t_b/t_a)。这种表征方法一直被广泛采用，通常是S越大越好，S越大，意味着反向恢复(dI_{REC}/dt)越小。 (dI_{REC}/dt)会在电路电感中产生较高地带电动势((V_{RM}-V_R))，这个电势叠加于电源电压(V_R)之上，一起加在二极管及其并联地开关器件上，我们称之为过冲电压。 (dI_{REC}/dt)和电路电感越大，(V_{RM})越高。 这个电势不仅提高了二极管和开关器件地电压要求和成本，而且也是二极管和开关器件的一大威胁，所以反向恢复(dI_{REC}/dt)对于电路安全设计十分重要。
(V_{RM}=V_R+L* dI（REC）/dt)
这里还有另外一个表征方法，反向恢复软度因子，用(FRRS)表示，其定义如下：
显然(FRRS)越大越好。反向恢复时间(t_{rr})和软度因子(FRRS)的测试条件如下：
- 小于10%的和200%的额定正向平均电流值；
- 正向电流下降率((dI_{rr}/dt)_{i=0})；
- 反向电压(V_R)取额定反向重复峰值电压的5%；
- RC吸收电路(适用时)；
- 等效结温。
二极管的应用
- 整流二极管
整流二极管利用二极管的单向导电特性将交流电源整流成脉动的直流电。因为整流二极管的正向电流较大，所以整流二极管的结构一般采用面接触式，这种结构导致整流二极管结电容较大，通常情况下整流二极管的工作频率小于3KHz。全密封金属结构封装和塑料封装是整流二极管常见的封装方式，其中正向额定电流在1A以上的整流管采用金属壳封装，以充分散热；正向额定电流在1A以下的整流管多是采用全塑料的封装。
选用整流二极管时主要考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。对于普通串联稳压电源电路中使用的整流管，其对截止频率的反向恢复时间要求不高，只需根据电路设计需求选择最大整流电流和最大反向工作电流满足要求的整流管即可。开关型稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的二级管，应该选用工作频率高、反向恢复时间短的整流管。
- 检波二极管
检波二极管是将叠加在高频载波中的低频信号筛选出来的器件，其具有较高的检波效率和良好的频率特性。检波二极管具有正向压降小、检波效率高、结电容小、频率特性好等特点。在选用检波二极管时时，应该根据电路设计需求选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。
- 开关二极管
由于半导体二极管存正向偏置下导通电阻很小，而在施加反向偏压截止时截止电阻很大，开关电路中利用半导体二极管单向导电特性就可以对电流起接通和关断的作用，此类半导体二极管称为开关二极管。
中速开关电路和检波电路可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可以选用RLS系列、1sS系列、1N系列、2CK系列的高速开关二极管。要根据应用电路的主要参数（例如正向电流、最高反向电压、反向恢复时问等）来选择开关二极管的具体型号。开关二极管主要应用于收录机、电视机、影碟机等家用电器及电子设备有开关电路、检波电路、高频脉冲整流电路等。