快恢复二极管的工作原理

快恢复二极管概述

快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。

快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压。目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。

快恢复二极管结构

快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。

因为PD的主要有源区是势垒区，所以展宽势垒区即可提高灵敏度。p-i-n结快恢复二极管实际上也就是人为地把p-n结的势垒区宽度加以扩展，即采用较宽的本征半导体（i）层来取代势垒区，而成为了p-i-n结。

p-i-n结快恢复二极管的有效作用区主要就是存在有电场的i型层（势垒区），则产生光生载流子的有效区域增大了，扩散的影响减弱了，并且结电容也大大减小了，所以其光检测的灵敏度和响应速度都得到了很大的提高。

快恢复二极管工作原理

快恢复二极管的内部结构是在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了TRR值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压。

快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其trr可低至几十纳秒。20A以下的快恢复及超快恢复二极管大多采用TO-220封装形式。

加负电压（或零偏压）时，快恢复二极管等效为电容+电阻；加正电压时，快恢复二极管等效为小电阻。用改变结构尺寸及选择快恢复二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导的反射相位（基准相位）与加正电压的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压（或0偏置）的快恢复二极管控制的短路波导的反射相位与标准相位相反（-164°～+164°之间即可）。

快恢复二极管主要特点

快恢复二极管的最主要特点是它的反向恢复时间（trr）在几百纳秒（ns）以下，超快恢复二极管甚至能达到几十纳秒。

图是反向恢复电流的波形图。图中IF为正向电流，IRM为最大反向恢复电流，Irr为反向恢复电流，通常规定Irr=0.1IRM。当t≤t0时，正向电流I=IF。当t＞t0时，由于整流管上的正向电压突然变成反向电压，因此，正向电流迅速减小，在t=t1时刻，I=0。然后整流管上的反向电流IR逐渐增大；在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。此后受正向电压的作用，反向电流逐渐减小，并且在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。由t1到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。

快恢复二极管在直流电路中作用

快恢复二极管，具有反向阻断时高耐压低漏电流，正向低通态电阻大电流的特点。由于作为开关使用，因此一般需要其开关速度较快。另外，适当选择续流二极管的特性，尤其是反向恢复特性，如反向恢复时间和反向恢复软度，能够显著减少开关器件、二极管和其他电路元件的功耗，并减小由续流二极管引起的电压尖峰、电磁干扰，从而尽量减少甚至去掉吸收电路。

一般来说，快恢复二极管的正向压降小，0.4V左右，而普通的硅管在0.6V左右，为了降低损耗才用快恢复二极管。

如果快恢复二极管反向击穿电压是40V，反向击穿之后能够快速恢复；如果快恢复二极管反向击穿电压1000V，则不存在反向击穿的问题，所以这点在直流电路中是可以不用考虑。