快速軟恢復(fù)二極管是普通整流管的派生器件，其基本結(jié)構(gòu)及電氣符號(hào)與普通整流管一致，通過特殊制造工藝提升開關(guān)速度，并在反向恢復(fù)過程中保持較小反向恢復(fù)電流下降率，呈現(xiàn)軟恢復(fù)特性 [1] [3]。該器件在高頻整流及全控器件的續(xù)流、吸收二極管應(yīng)用中具有不可替代作用，常與IGBT、IGCT等主開關(guān)器件反并聯(lián)使用，為感性負(fù)載提供續(xù)流回路 [5-7]。該二極管采用PIN結(jié)構(gòu)，通過摻雜重金屬雜質(zhì)或電子輻照控制少子壽命以提高開關(guān)速度，關(guān)鍵參數(shù)包括正向電流IF、導(dǎo)通電壓VF、反向阻斷電壓VR、反向恢復(fù)時(shí)間trr及軟度因子 [4] [6]。其反向恢復(fù)特性表現(xiàn)為電壓/電流變化平緩，可降低EMI水平 [4] [8]。受耐壓能力、恢復(fù)特性與正向通流能力間矛盾限制，功率容量低于普通整流管 [1] [3]。典型產(chǎn)品覆蓋600V-1200V電壓等級(jí)，采用陽極短路結(jié)構(gòu)、緩沖層優(yōu)化設(shè)計(jì)及新型復(fù)合終端結(jié)構(gòu)以提升動(dòng)態(tài)特性快速軟恢復(fù)二極管是普通整流管的派生器件，其基本結(jié)構(gòu)及電氣符號(hào)與普通整流管完全一致。在制造過程中采用特殊的工藝，快速軟恢復(fù)二極管的開關(guān)速度大大高于普通整流管，而且在反向恢復(fù)過程中，其反向恢復(fù)電流的下降率較小。呈現(xiàn)所謂軟恢復(fù)特性。這些特點(diǎn)使器件在高頻整流及全控器件的續(xù)流及吸收二極管方面有著不可替代的作用。由于器件在耐壓能力、恢復(fù)特性、正向通流能力幾方面存在難以調(diào)和的矛盾，快速軟恢復(fù)二極管的功率容量遠(yuǎn)不及普通整流管 [1]。

快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode，簡(jiǎn)稱FRD)是為高頻開關(guān)電路量身定制的半導(dǎo)體器件。其核心優(yōu)勢(shì)在于極短的反向恢復(fù)時(shí)間，這一特點(diǎn)顯著減少了開關(guān)損耗，從而提升了電路的整體效率。

在二極管的工作過程中，當(dāng)電壓從正向轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪驎r(shí)，其響應(yīng)時(shí)間通常非常短暫，然而，當(dāng)電壓從反向轉(zhuǎn)回正向時(shí)，響應(yīng)時(shí)間則相對(duì)較長(zhǎng)，這被稱為反向恢復(fù)時(shí)間。在高頻應(yīng)用場(chǎng)合中，二極管需要具備更短的反向恢復(fù)時(shí)間，因此，快恢復(fù)二極管應(yīng)運(yùn)而生。

01核心優(yōu)勢(shì)快恢復(fù)二極管通過極短的反向恢復(fù)時(shí)間大大減少高頻電路中的開關(guān)損耗，提高電路效率。

02物理結(jié)構(gòu)特性那么，快恢復(fù)二極管是如何實(shí)現(xiàn)其快速恢復(fù)的呢?這主要?dú)w功于其獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)。與普通PN結(jié)二極管不同，快恢復(fù)二極管采用PIN結(jié)型設(shè)計(jì)，即在P型硅與N型硅之間引入了基區(qū)I，從而構(gòu)成了PIN硅片。這種結(jié)構(gòu)有效地展寬了勢(shì)壘區(qū)，進(jìn)而提高了二極管的光檢測(cè)靈敏度和響應(yīng)速度。由于勢(shì)壘區(qū)的寬度被人為擴(kuò)展，使得快恢復(fù)二極管的主要作用區(qū)域集中在具有電場(chǎng)的I型層(即勢(shì)壘區(qū))，這不僅增大了產(chǎn)生光生載流子的有效區(qū)域，還顯著減少了擴(kuò)散的影響。同時(shí)，結(jié)電容的減小也進(jìn)一步優(yōu)化了二極管的性能。

快恢復(fù)二極管不僅具有出色的物理結(jié)構(gòu)，其電氣性能同樣令人矚目。在高頻開關(guān)電路中，快恢復(fù)二極管展現(xiàn)出了卓越的導(dǎo)電性能和低損耗特點(diǎn)。其極短的反向恢復(fù)時(shí)間，使得開關(guān)損耗大幅降低，進(jìn)而提升了電路的整體效率。同時(shí)，快恢復(fù)二極管還具備優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和可靠性，確保在高負(fù)荷工作環(huán)境下仍能保持出色的性能。這些電氣特性使得快恢復(fù)二極管成為高頻開關(guān)電路的理想選擇。

快恢復(fù)二極管以其卓越的反向恢復(fù)特性脫穎而出。其反向恢復(fù)時(shí)間(trr)極短，可低至幾百納秒，甚至在超快恢復(fù)二極管中能達(dá)到幾十納秒的驚人速度。這一特性使得快恢復(fù)二極管在高速開關(guān)電路中表現(xiàn)出色，有效提高了電路的效率和穩(wěn)定性。相較于普通二極管在微秒級(jí)的反向恢復(fù)時(shí)間，快恢復(fù)二極管展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性。其trr可縮短至幾十納秒，甚至更短。這一特性使得在二極管由正向?qū)ㄞD(zhuǎn)為反向截止的過程中，能夠迅速消除反向電流，極大地減少了在高頻開關(guān)應(yīng)用中可能產(chǎn)生的能量損耗或電壓尖峰問題。出色的高頻適應(yīng)性使得快恢復(fù)二極管非常適合應(yīng)用于頻率超過幾十kHz的電路中，例如開關(guān)電源、逆變器和變頻器等。它能夠與IGBT、MOSFET等高頻開關(guān)器件無縫配合，有效降低電磁干擾(EMI)并減少器件所承受的應(yīng)力。

在正向?qū)顟B(tài)下，快恢復(fù)二極管的表現(xiàn)與普通二極管相似，電流從陽極順暢流向陰極。然而，當(dāng)電壓方向發(fā)生改變時(shí)，其獨(dú)特的工作原理便開始顯現(xiàn)。通過特殊的摻雜技術(shù)，如摻入金屬元素，或采用PIN結(jié)構(gòu)，快恢復(fù)二極管能夠迅速清除PN結(jié)內(nèi)的載流子，從而確保反向電流能夠迅速降低至幾乎為零的水平。這一關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)合輕摻雜的N區(qū)(I區(qū))來延長(zhǎng)載流子壽命，以及重?fù)诫s的P+和N+區(qū)來加速載流子復(fù)合，共同縮短了恢復(fù)時(shí)間，賦予了快恢復(fù)二極管出色的反向恢復(fù)特性。

由于其出色的反向恢復(fù)特性，快恢復(fù)二極管常被用于高頻整流電路中，如開關(guān)電源、變頻器等。此外，在電機(jī)控制、可再生能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及脈沖電路中，快恢復(fù)二極管也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其獨(dú)特的工作原理和優(yōu)良的性能，使得它在這些應(yīng)用場(chǎng)景中能夠高效地完成其任務(wù)。在開關(guān)電源中，快恢復(fù)二極管常被用作續(xù)流二極管，其獨(dú)特性質(zhì)使得開關(guān)損耗得以顯著減少。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)與逆變器應(yīng)用中，保護(hù)電路顯得尤為重要，因?yàn)樗枰钟行载?fù)載(如電機(jī))所產(chǎn)生的反向電壓尖峰的沖擊。在選擇快恢復(fù)二極管時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：反向恢復(fù)時(shí)間(trr)應(yīng)依據(jù)電路頻率來挑選，頻率越高，則trr應(yīng)越短;最大反向電壓(VRRM)必須大于電路中可能出現(xiàn)的峰值反向電壓，確保安全;正向電流(IF)則根據(jù)負(fù)載電流的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，并留有一定的余量，以確保器件在正常工作范圍內(nèi)。此外，封裝類型如TO-220、DO-201AD等，需根據(jù)散熱和安裝的實(shí)際需求來匹配，確保器件能夠穩(wěn)定、可靠地工作。

快恢復(fù)二極管和傳統(tǒng)整流二極管在結(jié)構(gòu)和特性上存在明顯差異?？旎謴?fù)二極管由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了反向恢復(fù)時(shí)間(trr值)，還降低了瞬態(tài)正向壓降，這使得它能承受較高的反向工作電壓。而傳統(tǒng)整流二極管是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?，把交流電變成脈動(dòng)直流電，通常采用面接觸性材料封裝，漏電流較大。完全可以。快恢復(fù)二極管確實(shí)可以作為整流器使用，將交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)。在交流電的正半周期內(nèi)，二極管正向?qū)ㄔ试S電流通過;在負(fù)半周期內(nèi)，雖然二極管理論上應(yīng)截止，但由于其快速反向恢復(fù)特性，能夠迅速恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)，從而有效實(shí)現(xiàn)整流功能。這種快速響應(yīng)能力減少了能量損耗和功率浪費(fèi)。

快恢復(fù)二極管完全可以作為整流管使用，尤其在要求高效率、高頻率的應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)優(yōu)異。然而在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工作頻率、電壓等級(jí)和成本等因素，來選擇使用快恢復(fù)二極管還是傳統(tǒng)整流二極管。對(duì)于普通低頻整流應(yīng)用，傳統(tǒng)整流二極管可能更具成本優(yōu)勢(shì);而對(duì)于高頻或高性能要求的整流場(chǎng)合，快恢復(fù)二極管則是更好的選擇。