一、整流二极管的基本工作原理

整流二极管是一种具有单向导电性的半导体器件，其主要作用是将交流电转换为脉动直流电。其导通和截止状态取决于所加电压的极性：

• 正向偏置时：二极管导通，电流流过；

• 反向偏置时：理论上截止，无电流流过。

然而，在高频或高速开关条件下，二极管在反向电压施加的瞬间并不会立刻截止，这就是所谓的反向恢复现象（Reverse Recovery）。

二、什么是反向恢复过程？

反向恢复是指二极管从导通状态转变为截止状态时，由于结区中存在的多余少子载流子未能及时清除，导致在反向电压施加后，仍存在一段时间的反向电流流动。

反向恢复过程阶段划分：

1. 正向导通期：二极管内部形成大量载流子，电流正常导通。

2. 反向电压施加瞬间：少数载流子仍存在，出现反向恢复电流。

3. 载流子复合阶段：电流迅速减小至0。

4. 截止阶段：二极管完全恢复到反向阻断状态。

这段电流非零的时间，即为反向恢复时间（trr）。

三、反向恢复关键参数解析

3.1 trr（反向恢复时间）

指从电流方向翻转开始到反向电流减小到10%峰值所用的时间。trr越短，二极管的开关速度越快。

3.2 Irr（反向恢复峰值电流）

在反向恢复期间达到的最大反向电流值。它影响着系统的EMI和开关损耗。

3.3 Qrr（反向恢复电荷）

在整个反向恢复过程中流过的电荷量，与损耗和EMI密切相关。

四、反向恢复对电路的影响

在实际应用中，尤其是高频DC-DC变换器、PFC电路、逆变器中，反向恢复会产生一系列负面影响：

4.1 增加开关损耗

反向恢复期间存在非零电流与高电压同时作用在开关器件上，造成大量能量耗散于MOSFET或IGBT。

4.2 导致EMI干扰

反向恢复电流上升陡峭，引起di/dt尖峰，在布线电感和寄生元件上产生高频尖峰，造成EMI问题。

4.3 可能引起误导通

在半桥、全桥拓扑中，反向恢复电流可能造成上下桥臂MOSFET短暂同时导通，称为跨导通（shoot-through），严重时会击穿器件。

4.4 提高热损耗

反向恢复损耗会导致二极管局部发热，降低效率，影响可靠性。

五、如何减小反向恢复带来的影响？

5.1 选用快恢复二极管（FRD）

快恢复二极管（如UF4007、ES1J等）具有较小的trr（几十至几百ns），可显著降低恢复时间与反向电流。

5.2 使用肖特基二极管（Schottky）

肖特基二极管为多数载流子器件，无反向恢复过程，trr近似为0，是高频场合的首选。

5.3 限流与缓冲

• 在反向通路加入小阻值电阻或RC缓冲网络，减小电流变化率；

• 使用吸收电路或TVS器件抑制尖峰。

5.4 优化布局与磁性设计

• 减小PCB布线寄生电感，优化回流路径；

• 减少回扫能量堆积于结区。

六、整流二极管的选型建议（结合反向恢复特性）

七、反向恢复的仿真与测试方法

7.1 仿真分析（SPICE或LTspice）

使用带反向恢复模型的二极管模型，设置脉冲信号源查看电流反向波形。

7.2 实测方法

• 利用示波器+电流探头，观察二极管关断过程；

• 使用标准测试电路（如JEDEC测试标准），测出trr与Irr。

八、反向恢复与开关频率的关系

在开关频率越高的系统中，反向恢复所带来的影响越明显。如下图所示：

• 开关频率升高 → 每秒关断次数增多 → trr引起的能耗积累增大

• 这就解释了为何低频系统用普通二极管没问题，而高频系统必须用快恢复或肖特基器件。

九、总结

整流二极管的反向恢复过程虽短暂，却对高频电源系统的效率、可靠性与EMI表现有显著影响。理解其物理原理、关键参数与抑制方法，是每一位电源设计工程师的必修课。选择合适的器件、合理优化电路结构、配合缓冲与布局策略，可大大提升系统性能与稳定性。