本文以Buck電路為例
，對這幾種方案進行了比較，通過實驗及仿真得出有用的結論。

二極管反向恢複原理

以普通PN結二極管為例
，PN結內載流子由於存在濃度梯度而具有擴散運動，同時由於電場作用存在漂移運動，兩者平衡後在PN結jie形xing成cheng空kong間jian電dian荷he區qu。當dang二er極ji管guan兩liang端duan有you正zheng向xiang偏pian壓ya，空kong間jian電dian荷he區qu縮suo小xiao，當dang二er極ji管guan兩liang端duan有you反fan向xiang偏pian壓ya，空kong間jian電dian荷he區qu加jia寬kuan。當dang二er極ji管guan在zai導dao通tong狀zhuang態tai下xia突tu加jia反fan向xiang電dian壓ya時shi，存cun儲chu電dian荷he在zai電dian場chang的de作zuo用yong下xia回hui到dao己ji方fang區qu域yu或huo者zhe被bei複fu合he，這zhe樣yang便bian產chan生sheng一yi個ge反fan向xiang電dian流liu。

解決功率二極管反向恢複的幾種方法

為(wei)解(jie)決(jue)功(gong)率(lv)二(er)極(ji)管(guan)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)問(wen)題(ti)已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)了(le)很(hen)多(duo)種(zhong)方(fang)案(an)。一(yi)種(zhong)思(si)路(lu)是(shi)從(cong)器(qi)件(jian)本(ben)身(shen)出(chu)發(fa)，尋(xun)找(zhao)新(xin)的(de)材(cai)料(liao)力(li)圖(tu)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)，比(bi)如(ru)碳(tan)化(hua)矽(gui)二(er)極(ji)管(guan)的(de)出(chu)現(xian)帶(dai)來(lai)了(le)器(qi)件(jian)革(ge)命(ming)的(de)曙(shu)光(guang)

，它(ta)幾(ji)乎(hu)不(bu)存(cun)在(zai)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)的(de)問(wen)題(ti)。另(ling)一(yi)種(zhong)思(si)路(lu)是(shi)從(cong)拓(tuo)撲(pu)角(jiao)度(du)出(chu)發(fa)
，通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)某(mou)些(xie)器(qi)件(jian)或(huo)輔(fu)助(zhu)電(dian)路(lu)來(lai)使(shi)功(gong)率(lv)二(er)極(ji)管(guan)的(de)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)得(de)到(dao)軟(ruan)化(hua)。目(mu)前(qian)，碳(tan)化(hua)矽(gui)二(er)極(ji)管(guan)尚(shang)未(wei)大(da)量(liang)進(jin)入(ru)實(shi)用(yong)，其(qi)較(jiao)高(gao)的(de)成(cheng)本(ben)製(zhi)約(yue)了(le)普(pu)及(ji)應(ying)用(yong)，大(da)量(liang)應(ying)用(yong)的(de)是(shi)第(di)二(er)種(zhong)思(si)路(lu)下(xia)的(de)軟(ruan)化(hua)電(dian)路(lu)。本(ben)文(wen)以(yi)一(yi)個(ge)36V輸入、30V/30A輸出、開關頻率為62.5kHz電路（如圖1所示）為例，比較了幾種開關軟化方法。

圖1:Buck電路

RC吸收

這是解決功率二極管反向恢複問題的常用方法。在高頻下工作的功率二極管，要考慮寄生參數。圖2(a)為電路模型
，其中D為理想二極管，Lp為引線電感，Cj為結電容，Rp為並聯電阻（高阻值），Rs為引線電阻。RC吸收電路如圖2（b）所示

，將C1及R1串聯後並聯到功率二極管D0上。二極管反向關斷時
，寄生電感中的能量對寄生電容充電，同時還通過吸收電阻R1對吸收電容C1充電。在吸收同樣能量的情況下，吸收電容越大，其上的電壓就越小
；當二極管快速正向導通時
，C1通過R1放電，能量的大部分將消耗在R1上。

(a)功率二極管電路模型   
(b) RC吸收電路

(c)串聯飽和電抗器   
(d)二極管反向恢複軟化電路

圖2:解決功率二極管反向恢複問題的常用方案

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串聯飽和電抗器

這是解決這一問題的另一種常用方法
，如圖2（c）所示。一般鐵氧體(Ferrite)磁環和非晶合金(Amorphous)材料的磁環都可以做飽和電抗器。根據文獻[1]，yongbaohediankangqijiejueerjiguanfanxianghuifuwentishi
，changyongdemengxintieyangtiyouxiaoguo

，danshinengliangsunshibifeijingcailiaoda。suizhecailiaojishudejinzhan
，jinnianlaifeijingbaohecixingcailiaoxingnengyoulehendatigao。benwenxuanyongledongzhigongsidefeijingcailiaodecihuan(型號：MT12×8×4.5W)繞2匝作飽和電抗器。

對應圖3（a）和圖3（b），第Ⅰ階段通過D0的電流很大，電抗器Ls飽和，電感值很小
；第Ⅱ階段當二極管電流開始下降時，Ls仍很小；第Ⅲ階段二極管電流反向，反向恢複過程開始(trr為反向恢複時間)，Ls值很快增大，抑製了反向恢複電流的增大，這樣就使電流變成di/dt較小的軟恢複


，使二極管的損耗減小，同時抑製了一個重要的噪聲源；第Ⅳ階段二極管反向恢複結束；第Ⅴ階段二極管再次導通，由於電流增大
，Ls很快飽和。

(a)反向恢複電流波形

(b)飽和電抗器磁化曲線

圖3:飽和電抗器對二極管反向恢複抑製示意

軟開關電路

圖2（d）為一種有效的二極管反向恢複軟化電路[2]。Lk為變壓器漏感。n為變壓器匝比
，這裏取n=3，其工作過程如圖4所示。

(a)階段1

(b)階段2

(c)階段3

(d)階段4

(e)階段5

圖4:軟開關工作原理

階段1如圖4(a)所示
，開關S已經導通，D0處於反向截止狀態
，勵磁電感Lm與漏感Lk被線性充電。階段2開關S關斷
，S的寄生電容Cp被充電
，該過程很短，可近似看作線性，如圖4(b)所示。階段3D0及Db均導通，如圖4(c)所示。階段4二極管D0中的電流在漏感Lk的作用下逐漸下降為0
，如圖4(d)所示。階段5開關S導通，如圖4（e）所示，支路二極管Db中的電流繼續下降，在S關斷前下降為0。

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圖4(c)中D0導通
，uD0≈0，當到圖4(d)狀態，uD0=－u2=u0/(1＋n)
，圖5(d)的試驗波形驗證了這一點。

實驗結果

圖5給出了各種情況下的二極管D0的端電壓波形。

(a)無反向恢複抑製措施的D0端壓

(b)並聯RC吸收後D0端壓

(c)串入飽和電抗器Ls後D0端壓

(d)采用軟化電路之後D0端壓

圖5:實驗波形

從圖5波形中可以看到，二極管反向恢複的電壓毛刺減小
，說明3種方案對二極管反向恢複均有抑製的效果。用RC吸(xi)收(shou)電(dian)路(lu)雖(sui)然(ran)抑(yi)製(zhi)了(le)二(er)極(ji)管(guan)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)
，但(dan)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)的(de)電(dian)壓(ya)毛(mao)刺(ci)與(yu)振(zhen)蕩(dang)還(hai)比(bi)較(jiao)明(ming)顯(xian)。采(cai)用(yong)軟(ruan)化(hua)電(dian)路(lu)後(hou)如(ru)前(qian)分(fen)析(xi)，理(li)論(lun)上(shang)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)電(dian)流(liu)應(ying)該(gai)降(jiang)為(wei)零(ling)，但(dan)由(you)於(yu)電(dian)路(lu)中(zhong)雜(za)散(san)參(can)數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)，二(er)極(ji)管(guan)關(guan)斷(duan)過(guo)程(cheng)中(zhong)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)還(hai)有(you)振(zhen)蕩(dang)。串(chuan)入(ru)飽(bao)和(he)電(dian)抗(kang)器(qi)對(dui)二(er)極(ji)管(guan)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)最(zui)好(hao)。

結語

碳化矽的推廣應用或許是二極管反向恢複問題的根本解決途徑。目前主要采用RC吸xi收shou電dian路lu。串chuan聯lian飽bao和he電dian抗kang器qi以yi及ji軟ruan化hua電dian路lu也ye是shi抑yi製zhi二er極ji管guan反fan向xiang恢hui複fu的de有you效xiao方fang案an。理li論lun分fen析xi和he試shi驗yan證zheng明ming
，串chuan聯lian非fei晶jing飽bao和he電dian抗kang器qi最zui為wei簡jian單dan有you效xiao，有you望wang得de到dao進jin一yi步bu推tui廣guang。