快恢复二极管串联与并联设计：均压均流与应用挑战-电子发烧友网

快恢复二极管凭借较短的反向恢复时间和较低的开关损耗，在高频整流、PFC电路和逆变器等应用中广泛使用。随着电源系统的功率密度不断提升，单颗二极管的耐压或电流能力往往不足，这就需要通过串联或并联的方式实现更高的耐压或电流能力。然而，FRD在串并联应用中会面临均压、均流以及热稳定性的挑战。

一、串联应用：提高耐压能力
问题背景
单颗快恢复二极管的反向耐压（VRRM）通常在200V~1200V不等。对于高压电源或逆变器输出阶段，往往需要数千伏耐压。因此，工程师会采用多颗FRD串联的方式实现耐压扩展。
均压问题与解决方案
由于器件的反向漏电流（IR）存在差异，串联的各个二极管在高压下会出现电压不均匀分配。如果某颗二极管承受的反向电压超过其VRRM，会提前击穿，引发系统失效。
静态均压：在每颗二极管两端并联高阻值电阻（如数百kΩ至MΩ），确保在反向偏置状态下分压均衡。
动态均压：在高频开关过程中，由于快恢复特性，反向恢复时间（Trr）差异也会导致瞬态电压不均衡。常用方法是在每颗二极管两端并联RC缓冲网络，提升动态均压效果。
选型注意
使用同一批次、相同型号的FRD，降低参数离散度。
检查Trr、IR及结电容的匹配度，确保动态电压均分。

二、并联应用：提升电流能力
问题背景
在大功率输出整流或PFC电路中，单颗FRD的额定正向电流（IF）无法满足设计要求。通过并联多颗二极管，可以提高整体的电流承载能力。
均流问题与解决方案
并联二极管的Vf存在微小差异，导通时电流会优先流经Vf较低的器件，导致其过流、发热加剧，形成恶性循环。
被动均流：在每颗二极管前串联小阻值电阻（如10-100mΩ），利用电阻压降抵消Vf差异，实现电流均衡。
动态均流：由于Trr差异，反向恢复峰值电流（Irr）可能集中流经某颗器件，因此需选择参数匹配度高的FRD，或者通过驱动波形优化减轻冲击。
热均衡设计
并联器件的散热条件必须一致。PCB布局需对称，确保铜箔厚度、长度与散热面积相等，避免某颗器件先过热引起参数偏移。

三、实际应用案例与注意事项
开关电源中的串联设计：在高压LLC或谐振电源中，串联FRD可提升耐压，但必须设计静态均压电阻，并在必要时加入RC缓冲网络，以避免关断瞬间的电压失衡。
PFC与逆变器中的并联设计：为了降低导通损耗，提高输出电流，FRD经常与同步MOSFET配合，采用并联结构。但在设计中需特别关注Trr与热参数的匹配。

四、工程建议
串联与并联的FRD最好来自同一生产批次，并在出厂前进行参数筛选。
串联时优先考虑加装RC均压电路，以减小电压分配不均带来的击穿风险。
并联时应加入小阻值均流电阻，同时通过热仿真优化PCB铜箔厚度与散热通孔设计。
在量产阶段，对样机进行高压冲击测试与满载热测试，以验证均压、均流的可靠性。