关于功率二极管问题解析
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2020-08-11
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关于功率二极管问题解析关于功率二极管问题解析
本文主要介绍关于功率二极管的问题解析。
1、什么是二极管的正向额定电流？二极管的额定电流是二极管的主要标称值，比如5A/100V的二极管，5A就是额定电流。通
常额定电流的定义是该二极管所能通过的额定平均电流。但是有些的测试前是方波，也就是可以通过平均值为5A的方波电
流。有些得测试前提是直流，也就是能通过5A的直流电流。理论上来说，对于硅二极管，以方波为测试条件的二极管能通过
更大的直流电流，因为同样平均电流的方波较于直流电流，会给二极管带来更大损耗。那么5A的二极管是否一定能通过5A的
电流？不一定，这个和温度有关，当你的散热条件不足够好，那么二极管能通过的电流会被结温限制。
2、 什么是二极管的反向额定电压？二极管反向截止时，可以承受一定的反压，那么其最高可承受的反压就是额定电压。比如
5A/100V的二极管，其额定反压就是100V。虽然，所有二极管厂家都会留一定的裕量，100V的二极管通常用到110V都不会有
问题，但是不建议这么用，因为超过额定值，厂家就不会保证其可靠性，出了问题就是你的问题了。而且很多电源设计公司，
为了保障可靠性，还会降额设计。
3.什么是二极管的正向冲击电流？开关电源在开机或者其他瞬态情况下，需要二极管能够承受很大的冲击电流而不坏，当然这
种冲击电流应该是不重复性，或者间隔时间很长的。通常二极管的数据手册都有定义这个冲击电流，其测试条件往往是单个波
形的冲击电流，比如单个正弦波，或者方波。其电流值往往可达几百A。
4.什么是二极管的正向导通压降？二极管在正向导通，流过电流的时候会产生压降。这个压降和正向电流以及温度有关。通常
硅二极管，电流越大，压降越大。温度越高，压降越小。但是碳化硅二极管却是温度越高，压降越大。
5.什么是二极管的反向漏电流？二极管在反向截止的时候，并不是完全理想的截止。在承受反压得时候，会有些微小的电流从
阴极漏到阳极。这个电流通常很小，而且反压越高，漏电流越大，温度越高，漏电流越大。大的漏电流会带来较大的损耗，特
别在高压应用场合。
6.什么是二极管的反向恢复时间和反向恢复电流？这个是二极管的重要指标，所谓的快恢复，慢恢复二极管就是以此为标准。
二极管 在从正偏转换到反偏的时候，会出现较大的反向恢复电流从阴极流向阳极，其反向电流先上升到峰值，然后下降到
零。那么其上升下降的时间就是反向恢复时间，峰值电流就是反向恢复电流。这个在高频率的应用中会带来很大损耗。而反向
恢复时间和电流和二极管截止时，正向电流的下降速率正相关。解决这个问题，一就是用恢复时间更快的二极管，二是采用
ZCS方式关断二极管。
7.什么是软恢复二极管？二极管在反向恢复的时候，反向电流下降的比较慢的，称为软恢复二极管。软恢复对减小EMI有一定
的好处。
8.什么是二极管的结电容？结电容是二极管的一个寄生参数，可以看作在二极管上并联的电容。
9.什么是二极管的寄生电感？二极管寄生电感主要由引线引起，可以看作串联在二极管上的电感。
10.二极管正向导通时候瞬态过程是怎样？对于二极管的瞬态过程，通常关心比较多的是反向恢复特性。但是其实二极管从反
偏转为正向导通的过程也有值得注意的地方。在二极管刚导通的时候，正向压降会先上升到一个最大值，然后才会下降到稳态
值。而这个最大值，随di/dt的增大而增大。也就是说二极管带导通瞬间会产生一个正向尖峰电压，而且电压要大于稳态电压。
快恢复管的这个正向尖峰电压比较小，慢恢复管就会很严重。这个就引出了另外一个问题：
11. 在RCD钳位电路中，二极管到底选慢管，还是快管？RCD电路常用于一些需要钳位的场合，比如flyback原边MOS的电压
钳位，次级整流管的电压钳位。有些技术文献说应该用慢恢复管，理由是慢恢复管由于其反向恢复时间比较长，这样钳位电容
中的一部分能量会在二极管反向恢复过程中回馈给电路，这样整个RCD电路的损耗可以降低。不过这个只适合小电流，低
di/dt的场合。比如小功率flyback的原边钳位电路。但是不适合大电流，高di/dt的钳位场合，比如大电流输出的电源的次级钳位
电路。因为，慢恢复管在导通的时候会产生很高导通压降尖峰，导致虽然钳位电容上的电压很低，但是却没法钳住尖峰电压。
所以应该选择肖特基二极管之类。
12. 什么是肖特基二极管？肖特基二极管是一种利用肖特基势垒工艺的二极管，和普通的PN结二极管相比，其优点：更快的反
向恢复时间，很多称之为0反向恢复时间。虽然并不是真的0反向恢复时间，但是相对普通二极管要快非常多。其缺点：反向
漏电流比较大，所以没法做成高压的二极管。目前的肖特基二极管,基本都是200V以下的。虽然有些公司可以提供高压的肖特
基硅二极管，但是也是将几个二极管串联之后封装在一起。当然也有公司称有独特的工艺，可以制造高压肖特基二极管，但并
不知晓是什么样的工艺。
13. 什么是碳化硅二极管？通常大家所用的基本都是以硅为原料的二极管，但是最近比较热门的碳化硅二极管是用碳化硅为原
料的二极管。目前常见的多为高压的肖特基碳化硅二极管，其优点：反向恢复特性很好，媲美肖特基硅二极管。但是可以做高
压的二极管。在PFC中已有较多应用。缺点：正向导通压降比较大。还有一点与硅二极管不同的是其导通压降随温度上升反而
增大。早期的碳化硅二极管，还有可承受冲击电流小，可靠性不高等缺点。但是目前已有很大改善。
14. 什么是砷化镓二极管？说实话，我听说砷化镓材料早于碳化硅，但是后来就较少听说了。目前砷化镓在LED上似乎有些应
用，但是功率器件上却还比较少。
15. 二极管适合并联么？理论上来说硅二极管，由于导通压降随温度上升而下降，所以是不适合并联的，但是现在很多二极管
会把两个单管封装在一起，这样温升相对均匀，给并联带来好处。但是碳化硅是的压降是随温度上升而上升，理论上是适合并
联的，但我并没做过试验，不知会有什么问题。
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