二极管反向恢复时间详解及选型指南

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二极管是电子工程中最基本的半导体器件之一，广泛应用于整流、检波、开关等电路中。其中，二极管的反向恢复时间是一个重要的参数，它直接影响着二极管的开关速度和电路的性能。本文将详细介绍二极管的反向恢复过程及其原理，并对比不同类型的二极管特性。

在图1所示的二极管电路中，当输入电压从正向突然变为反向时，二极管并不会立即截止，而是经历一个反向恢复过程。具体来说：

在0~t1时间内，输入电压为正向电压Vf，二极管导通，电路中有正向电流If流过。
当t1时刻，输入电压突然从Vf变为-Vr，在理想情况下，二极管应立即变为截止状态，只有很小的反向漏电流。
但在实际情况中，二极管不会立即截止，而是先由正向电流If变为一个很大的反向电流Irr，这个反向电流会维持一段时间trr后才开始逐渐下降，再经过tf时间后，下降到一个很小的数值Irev，这时二极管才会进入反向截止状态。

产生上述现象的原因是由于电荷存储效应。当二极管外加正向电压Vf时，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，不仅使得耗尽层变窄，而且使得载流子有相当数量的存储，在P区内存储了电子，在N区内存储了空穴，它们都是非平衡少子。

当输入电压突然由正向变为反向时，P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失，它们会通过以下两个途径逐渐减少：

在这些存储电荷消失之前，PN结仍处于正向偏置，即耗尽层仍然很窄，PN结的电阻仍然很小，与反向电压Vr相比可以忽略，所以此时反向电流Irr较大。经过时间trr后，P区和N区所存储的电荷已显著减小，耗尽层逐渐变宽，反向电流Irr逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tf后，二极管转为截止状态。

二极管的常见种类包括：

在实际应用中，选择二极管时需要考虑以下几个关键参数：

导通电压VF：二极管正向导通时两端的压降。PN结二极管的导通电压通常为0.7V左右，而肖特基二极管的导通电压更低，例如英飞凌的BAT60BE237在10mA电流下的压降仅为0.24V。
漏电流（Leakage Current）：肖特基二极管的漏电流是PN结二极管的100倍左右，且漏电流与温度有很大关系，温度越高，漏电流越大。
反向恢复时间Trr：决定二极管的开关速度。大功率开关管工作在高频开关状态时，Trr是一个重要的参数。
额定电流IF：二极管长期运行时允许通过的平均电流值。
最大浪涌电流IFSM：允许流过的过量的正向电流，这个值相当大。
最大反向峰值电压VRM：避免击穿所能加的最大反向电压。目前肖特基最高的VRM值为150V。
最大直流反向电压VR：连续加直流电压时的值。
最高工作频率fM：由反向恢复时间决定。肖特基二极管的fM值较高，最大可达100GHz。
耐压：肖特基二极管的耐压值一般不超过100V，而PN结二极管可以做得更高。
最大耗散功率P：二极管中有电流流过时的功率损耗。

在选择肖特基二极管时，需要考虑以下几个关键因素：

留出足够的余量：在一般的设计中，VR只用到其额定值的80%以下，IF用到其额定值的40%以下。
正确选择RC补偿网络：由于高频变压器的漏电感和管子的结电容在截止时形成一个谐振电路，因此需要设置RC缓冲器以保护管子的安全。缓冲器的选择原则是，既使缓冲器有效，又能尽量减少损耗。
散热和安装形式：要根据产品的冷却方式（自然冷却还是风扇冷却）选择合适的散热方式。焊接管子的焊盘要足够大，焊接牢靠，避免由于热应力造成脱焊。
模拟实验验证：肖特基二极管一旦选用后，要经模拟实验，在产品输入、输出最坏的情况下测量其温升及工作波形，确认各项指标不要超过其极限参数。