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根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，選擇合適的二極管參數(shù)對(duì)電氣性能、可靠性、EMI性能都至關(guān)重要，二極管通流量越大意味著寄生電容越大，反向恢復(fù)時(shí)間也就可能更長，反向恢復(fù)時(shí)間越長也并意味著EMI性能會(huì)更好，反向恢復(fù)損耗卻越大。

 

不同封裝的二極管、不同制造工藝的二極管、不同廠商的二極管、不同型號(hào)的二極管均可能對(duì)EMI性能產(chǎn)生影響。二極管的工作電壓、應(yīng)用方式也會(huì)對(duì)EMI性能產(chǎn)生重大影響。

 

一、二極管反向恢復(fù)時(shí)間參數(shù)的選擇

根據(jù)二極管反向恢復(fù)時(shí)間的長短，二極管可分為慢恢復(fù)二極管、快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管、肖特基二極管等。

1.1、肖特基二極管（SBD）

肖特基二極管（SBD）是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于高頻開關(guān)電源、變頻器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等，作為高頻與低壓大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管等使用，也在微波通信等電路中作整流二極管使用。

圖1：肖特基二極管的結(jié)構(gòu)

肖特基二極管是由貴金屬（金、銀、鋁、鉑）為正極，以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極，利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在大量的電子，貴金屬總僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散；金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢(shì)壘，其電場方向?yàn)锽到A，但在該電場作用之下，A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從A到B的漂移運(yùn)動(dòng)，從而削弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成肖特基勢(shì)壘。

綜上所述，肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別，通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管，而把金屬-半導(dǎo)體整流管稱作肖特基整流管。肖特基整流管僅用一種載流子輸送電荷，在勢(shì)壘外側(cè)無過剩少數(shù)載流子的積累，不存在電荷存儲(chǔ)問題，使其開關(guān)特性獲得很大改善，其反向恢復(fù)時(shí)間已能縮短到10ns以內(nèi)，反向耐壓值卻較低（100V以內(nèi)）。

肖特基二極管優(yōu)缺點(diǎn)

肖特基二極管由于勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)壘高度，其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低（約0.2V）；由于肖特基二極管是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題。反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于肖特基二極管反向恢復(fù)電荷少，故開關(guān)速度非?？欤_關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。

缺點(diǎn)是：由于肖特基二極管反向勢(shì)壘較薄，并且在其表面極易發(fā)生擊穿，故反向擊穿電壓比較低，比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結(jié)二極管大。

1.2、快恢復(fù)二極管（FRD）

快恢復(fù)二極管（FRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)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。

圖2：快恢復(fù)二極管

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，因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。

1.3、超快恢復(fù)二極管（UFRD）

超快恢復(fù)二極管（UFRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間超短的半導(dǎo)體二極管，常用于高頻逆變裝置的開關(guān)器件作續(xù)流、吸收、箝位、隔離、輸出和輸入整流器，使開關(guān)器件的功能得到充分發(fā)揮。

圖3：超快恢復(fù)二極管

超快恢復(fù)二極管具有超快恢復(fù)時(shí)間、大電流能力、高抗浪涌電流能力、低正向壓降、低反向漏電流。

1.4、如何區(qū)分肖特基二極管與快恢復(fù)二極管

結(jié)構(gòu)原理差異

肖特基二極管的結(jié)構(gòu)是金屬-N型半導(dǎo)體構(gòu)成，快恢復(fù)二極管是PN結(jié)+薄基區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，兩者在結(jié)構(gòu)組成存在明顯差異，即制造工藝完全不同。

反向擊穿電壓差異

肖特基二極管反向擊穿電壓≦100V，限制其應(yīng)用范圍，快恢復(fù)二極管反向峰值可以到幾百到幾千伏，在開關(guān)電源變壓器次級(jí)使用100V以上的高頻整流二極管等只有使用超快恢復(fù)的二極管（UFRD。

正向?qū)▔航挡町?/span>

肖特基二極管正向?qū)▔航岛艿蛢H為0.4V，快恢復(fù)二極管為0.6V。

反向恢復(fù)時(shí)間差異

快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管，從性能上分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒甚至更長，后者則在100納秒以下。肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間很短（10ns-40ns）。 

圖4：二極管主要參數(shù)對(duì)比

1.5、二極管反向恢復(fù)時(shí)間參數(shù)的選型要點(diǎn)說明

圖5：變壓器尖峰吸收RCD電路

在反激開關(guān)電源電路中，初次變壓器線圈通斷產(chǎn)生的電壓尖峰吸收RCD電路，在使用快恢復(fù)二極管時(shí)，在開關(guān)MOS管關(guān)斷前，電容CB114電壓處于恒定值，當(dāng)MOS管關(guān)斷時(shí)，電容CB114上的電壓快速升高，然后快速放電到恒定值，而快速放電只能通過快恢復(fù)二極管來實(shí)現(xiàn)，測(cè)試波形如下圖所示：

 圖6：變壓器尖峰吸收RCD電路使用快恢復(fù)二極管時(shí)電容端電壓測(cè)試波形

將變壓器尖峰吸收RCD電路二極管由快恢復(fù)二極管改為慢恢復(fù)二極管，振鈴最大峰值下降將近2V，最小峰值下降3V，振鈴電位差下降5V，具體波形如下圖所示：

圖7：變壓器尖峰吸收RCD電路使用慢恢復(fù)二極管時(shí)電容端電壓測(cè)試波形

【選型總結(jié)1】

尖峰吸收RCD電路使用慢恢復(fù)二極管比使用快恢復(fù)二極管時(shí)，電容端的電壓峰值則會(huì)降低，同時(shí)也會(huì)降低RCD電路二極管陽極的尖峰電壓。

 圖8：變壓器尖峰吸收RCD電路使用快恢復(fù)二極管時(shí)二極管陽極電壓波形

 圖9：變壓器尖峰吸收RCD電路使用慢恢復(fù)二極管時(shí)二極管陽極電壓波形

【選型總結(jié)2】

尖峰吸收RCD電路使用慢恢復(fù)二極管比使用快恢復(fù)二極管時(shí)，二極管陽極的電壓峰值則會(huì)降低，二極管陽極尖峰電壓降低的原因是因?yàn)槁謴?fù)二極管結(jié)電容要遠(yuǎn)大于快恢復(fù)二極管的結(jié)電容，在開關(guān)管關(guān)斷，二極管未導(dǎo)通瞬間，相當(dāng)于二極管結(jié)電容與開關(guān)管D-S極結(jié)電容并聯(lián)，類似加大高頻吸收電容，所以高頻振蕩噪聲也隨之降低。

 

二、二極管封裝選型

 圖10：插件二極管

工作于開關(guān)狀態(tài)的二極管，其本體即存在電場輻射，也存在磁場輻射。插件二極管是采用架空散熱，其空間輻射能力也較強(qiáng)，引腳寄生電感也遠(yuǎn)大于貼片二極管，更容易產(chǎn)生寄生振蕩，而導(dǎo)致嚴(yán)重的EMI問題。當(dāng)插件二極管采用金屬散熱片實(shí)現(xiàn)散熱時(shí)，散熱片的接地體后可以屏蔽電場。

使用貼片二極管時(shí)，降低了其空間磁場輻射能力；由于需要采用PCB銅箔進(jìn)行散熱，銅箔本身就成為電場輻射的源頭，設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行合理管控。

 圖11：貼片二極管

 

【選擇總結(jié)】

選擇插件二極管時(shí)需要關(guān)注其空間場耦合（電場輻射與磁場輻射）；選擇貼片二極管時(shí)需要關(guān)注其電場耦合，典型案例如前文。