快恢復(fù)二極管的工作原理

快恢復(fù)二極管概述

快恢復(fù)二極管（簡稱FRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。

快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金，單純的擴(kuò)散等工藝，可獲得較高的開關(guān)速度，同時也能得到較高的耐壓。目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。

快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)

快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。

因為PD的主要有源區(qū)是勢壘區(qū)，所以展寬勢壘區(qū)即可提高靈敏度。p-i-n結(jié)快恢復(fù)二極管實際上也就是人為地把p-n結(jié)的勢壘區(qū)寬度加以擴(kuò)展，即采用較寬的本征半導(dǎo)體（i）層來取代勢壘區(qū)，而成為了p-i-n結(jié)。

p-i-n結(jié)快恢復(fù)二極管的有效作用區(qū)主要就是存在有電場的i型層（勢壘區(qū)），則產(chǎn)生光生載流子的有效區(qū)域增大了，擴(kuò)散的影響減弱了，并且結(jié)電容也大大減小了，所以其光檢測的靈敏度和響應(yīng)速度都得到了很大的提高。

快恢復(fù)二極管工作原理

快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了TRR值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。

快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。

加負(fù)電壓（或零偏壓）時，快恢復(fù)二極管等效為電容+電阻；加正電壓時，快恢復(fù)二極管等效為小電阻。用改變結(jié)構(gòu)尺寸及選擇快恢復(fù)二極管參數(shù)的方法，使短路的階梯脊波導(dǎo)的反射相位（基準(zhǔn)相位）與加正電壓的PIN管控制的短路波導(dǎo)的反射相位相同。還要求加負(fù)電壓（或0偏置）的快恢復(fù)二極管控制的短路波導(dǎo)的反射相位與標(biāo)準(zhǔn)相位相反（-164°～+164°之間即可）。

快恢復(fù)二極管主要特點

快恢復(fù)二極管的最主要特點是它的反向恢復(fù)時間（trr）在幾百納秒（ns）以下，超快恢復(fù)二極管甚至能達(dá)到幾十納秒。

圖是反向恢復(fù)電流的波形圖。圖中IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流，Irr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時，正向電流I=IF。當(dāng)t＞t0時，由于整流管上的正向電壓突然變成反向電壓，因此，正向電流迅速減小，在t=t1時刻，I=0。然后整流管上的反向電流IR逐漸增大；在t=t2時刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并且在t=t3時刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過程與電容器放電過程有相似之處。由t1到t3的時間間隔即為反向恢復(fù)時間trr。

快恢復(fù)二極管在直流電路中作用

快恢復(fù)二極管，具有反向阻斷時高耐壓低漏電流，正向低通態(tài)電阻大電流的特點。由于作為開關(guān)使用，因此一般需要其開關(guān)速度較快。另外，適當(dāng)選擇續(xù)流二極管的特性，尤其是反向恢復(fù)特性，如反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)軟度，能夠顯著減少開關(guān)器件、二極管和其他電路元件的功耗，并減小由續(xù)流二極管引起的電壓尖峰、電磁干擾，從而盡量減少甚至去掉吸收電路。

一般來說，快恢復(fù)二極管的正向壓降小，0.4V左右，而普通的硅管在0.6V左右，為了降低損耗才用快恢復(fù)二極管。

如果快恢復(fù)二極管反向擊穿電壓是40V，反向擊穿之后能夠快速恢復(fù)；如果快恢復(fù)二極管反向擊穿電壓1000V，則不存在反向擊穿的問題，所以這點在直流電路中是可以不用考慮。