二极管运用全面解析，看这篇就够了！

电源

在开关电源常用拓扑中，除了功率MOS器件，还有不可或缺的二极管器件，但是不一样的电路拓扑中，二极管的选择需要承担不一样的作用，对二极管的性能就有一定的要求，所以本文就列举目前常用拓扑结构中二极管的选型指南。

常用拓扑：
离线非隔离电路（Buck/Buck-boost)---续流二极管

离线隔离电路（反激式）--- 二次侧整流二极管&用于缓冲器的辅助开关二极管

电流谐振电路---自举二极管&二次侧整流二极管

PFC 电路--- 旁路二极管&升压二极管

静态特性：

● 正向压降，VF，正向电流，IF正向施加电压时流过的电流称为正向电流 IF。中频流过时的电压称为正向压降，VF。比较二极管的中频-VF特性时，流过相同量中频所需的VF越低，功率损耗越低，特性越好。VF具有负温度特性，因此温度越高，VF 越低。
● 反向电压，VR，反向漏电流，IR反向施加电压时流过的电流称为反向漏电流，IR。 IR 流动时的电压称为反向电压 VR。当反向施加电压时，会流过轻微的漏电流 IR。 IR较小的二极管功耗较小，可以防止热失控。IR具有正温度特性，因此温度越高，IR越高。
● 击穿电压，VZ当反向电压 VR 增加时，反向漏电流 IR 在一定电压下急剧增加。该电压称为击穿电压 VZ。击穿电压也称为齐纳电压。

开关特性：

从通过转动开关施加正向电压的状态开始施加反向电压时，恢复电流会流动。从恢复电流流动到恢复电流减小的时间称为反向恢复时间，trr。正向电流 IF 越大，trr 越长。由于恢复电流会引起噪声和功率损耗，因此 trr 越短，特性越好。
下面描述当电压从正向电压变为反向电压时恢复电流流动的原因。

A：未施加电压时空穴和电子处于平衡状态。

B：施加正向电压时电子移动到 P 型半导体，空穴移动到 N 型半导体（即，IF 流动）。

C：施加反向电压的瞬间在开关打开的那一刻，反向电压施加到二极管上，电子和空穴的运动方向相反。此时流动的电流为恢复电流。

D：施加反向电压时片刻之后，耗尽层膨胀，空穴和电子不再移动。从 C 到 D 的时间是 trr。

二极管类型：

1、通用整流二极管
通用整流二极管用于商用电源整流（50Hz/60Hz）和反接保护电路。这些二极管具有高击穿特性。

2、快恢复二极管
快速恢复二极管（FRD）用于开关电源等高频（几十到几百kHz）的整流。与通用整流二极管相比，反向恢复时间 trr 更短。通用整流二极管的trr为数μs～数十μs，而FRD的trr为数十～数百ns。

FRD 的反向恢复时间 trr 很短，因为空穴被结附近的载流子陷阱捕获。

当已经穿透到 N 层的空穴移动到 P 层时，N 层中的载流子陷阱捕获空穴并迅速消除空穴以缩短 trr。 trr 和正向压降 VF 之间的权衡关系，因此，提供载流子陷阱结构以缩短 trr 会增加 VF。相反，降低 VF 会增加 trr。
由于 FRD 恢复电流会导致功率损耗，因此恢复电流的峰值应该很小。当恢复电流突然恢复时，会产生振铃，产生噪声，因此恢复电流较小、恢复较软的FRD具有更好的特性。

3、高压整流二极管
家用高压整流二极管用于微波炉逆变电路和高压电路。汽车高压整流二极管用于燃油喷射系统的点火线圈。

4、缓冲二极管
缓冲二极管是专为缓冲电路设计的辅助开关二极管，用于反激式开关电源的一次侧。它们降低了功率 MOSFET 关断时产生的振铃电压，有助于提高开关电源的效率和降低噪声。

5、交流发电机二极管
交流发电机二极管可以承受汽车发动机室的恶劣环境。它们采用表面贴装和压入式封装。

6、TVS二极管
瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管用于保护电路和设备免受过流、过压和浪涌的影响。无论电流如何，击穿期间 TVS 二极管的反向电压几乎是恒定的。 TVS 二极管使用反向特性来保护电路和设备。

7、肖特基二极管
肖特基二极管使用由肖特基结产生的势垒。与 PN 结二极管相比，肖特基二极管具有更低的正向压降 VF 和更短的反向恢复时间 trr，使其适用于高速开关。trr 没有温度依赖性，因此 trr 在所有温度下都相同。
但是，与 PN 结二极管相比，肖特基二极管具有更大的反向漏电流、IR 和更高的功率损耗（IR × VR）。温度越高，功率损耗越大。因此，需要设计散热以不发生热失控。

肖特基二极管的击穿电压低于PN结二极管，难以实现高击穿电压（一般可达150V）。

通过加厚 N 层和降低载流子浓度来提高击穿电压。但是，由于电阻增加而损耗增加，VF也增加，因此性能超出实际使用范围。我们正在开发使用下一代功率半导体 SiC 的高击穿电压和实用的 SiC 肖特基二极管。
肖特基势垒的高度取决于连接到半导体的金属类型。电气特性因金属种类而异。

正向压降 VF 和反向漏电流 IR 之间存在折衷关系，具体取决于金属类型。根据目标特性选择金属。

FRD的使用：

当功率MOSFET关断时，浪涌电流流过“浪涌吸收回路”，被电容吸收，电容的电荷通过“放电回路”放电。该能量不会转移到次级侧，而是成为功耗。当电容器放电时，二极管的恢复电流流向功率 MOSFET。为了减少功率MOSFET的损坏，请使用trr较短的快恢复二极管。请注意，使用快速恢复二极管可能会引起噪声，并可能增加输入滤波器的组件。

Bootstrap二极管：

自举二极管用于高端驱动电路。由于恢复电流流向二极管取决于驱动器 IC 的开关频率，因此请选择具有快速恢复特性的二极管。选择自举二极管时，应考虑施加到功率 MOSFET 的电压和高端灌电流。
BYPASS二极管：

1、用于保护功率 MOSFET 和整流二极管免受浪涌电流的影响当电感因浪涌电流而饱和时，大电流流向整流二极管并可能导致二极管损坏。此外，当功率MOSFET在电感饱和状态下导通时，功率MOSFET可能会损坏。因此，浪涌电流流向旁路二极管。这可以防止电感饱和，并保护功率 MOSFET 和整流二极管
2、用于保护桥式二极管免受雷击浪涌如果雷电浪涌施加到电路上，可能会损坏桥式二极管。为了防止这种情况，雷电浪涌通过旁路二极管充电到电解电容器。

旁路二极管的电气特性

为了使浪涌电流或雷击浪涌电流通过旁路二极管，旁路二极管的正向电压必须低于升压二极管的正向电压。当 PFC 输出电压高于输入电压时，旁路二极管关闭（即，无需考虑 trr）。