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ge36V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]
，用yong飽bao和he電dian抗kang器qi解jie決jue二er極ji管guan反fan向xiang恢hui複fu問wen題ti時shi
，常chang用yong的de錳meng鋅xin鐵tie氧yang體ti有you效xiao果guo，但dan是shi能neng量liang損sun失shi比bi非fei晶jing材cai料liao大da。隨sui著zhe材cai料liao技ji術shu的de進jin展zhan，近jin年nian來lai非fei晶jing飽bao和he磁ci性xing材cai料liao性xing能neng有you了le很hen大da提ti高gao。本ben文wen選xuan用yong了le東dong芝zhi公gong司si的de非fei晶jing材cai料liao的de磁ci環huan(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RCxishoudianlu。chuanlianbaohediankangqiyijiruanhuadianluyeshiyizhierjiguanfanxianghuifudeyouxiaofangan。lilunfenxiheshiyanzhengming
，chuanlianfeijingbaohediankangqizuiweijiandanyouxiao
，youwangdedaojinyibutuiguang。