二极管关键参数和选型-洪萨配资

参考文献：

二极管关键参数与应用-CSDN博客

关键参数

额定正向工作电流

二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

例如在反激电源中，输出一般电压比输入低，由于能量守恒，输出电流就更高，所以变压器副边线径一般更粗，且副边整流二极管的额定电流要达到输出电流的要求；

最高反向工作电压

也即反向耐压。加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

在反激电源中，副边整流二极管在原边MOS管导通的时候，承受着输出电压加上原边电压反射电压大小的反向耐压：Vout+Vinmax/n，n为匝数比；

在实际电路中，二极管承受的电压远高于上述理论值。这是因为在二极管关断瞬间（原边开关管开通瞬间）会产生高频振荡尖峰。

反向电流（反向漏电流）

反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流（有点反向漏电流的感觉）。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系（所以设计时要考虑裕量），大约温度每升高10，反向电流增大一倍。

例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到 500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

管压降

硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。

红色发光二极管的压降为2.0--2.2V，黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V，绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V，正常发光时的额定电流约为20mA。贴片二极管电流一般在3-8mA，压降1.7至1.8V左右。

反向恢复时间

开关损耗增加、电压尖峰和EMI、器件可靠性问题

在高频设计中必须选用肖特基或者快恢复二极管

从二极管正向电流过零开始，到反向恢复电流衰减到规定小值（通常为反向峰值电流的 10% 或 25%）所经历的时间。

反向恢复现象的本质：外部电压突然反向时，需要先清除存储的少数载流子

Q_rr：反向恢复电荷量

不同二极管反向恢复时间的区别

反向恢复时间受哪些因素影响

器件结构

正向电流大小

di/dt（换向速度）

温度

二极管有哪些种类

功率整流

应用场景：AC/DC变换、DC/DC变换、防反接、续流。核心关注点：正向压降 (V_F) 和反向恢复时间 (t_{rr})。

普通整流二极管

（General Purpose Rectifier）

代表型号：1N400x系列 (如1N4007), 1N5408。

特点：工艺成熟，PN结结构。

优点：

耐压高：轻松做到1000V甚至更高。
便宜：价格极其低廉。
抗冲击能力强：耐浪涌电流能力较好。

缺点：

极慢：反向恢复时间 (t_{rr}) 很长（通常 > 1µs）。
高频损耗大：绝对不能用于高频开关电源的整流（如反激副边），否则会瞬间发热烧毁。

快恢复/超快恢复二极管

(FRD / Ultra-Fast Recovery)

代表型号：FR107, HER系列, UF4007, MUR系列 (如MUR460), ES1J。

特点：在PN结中掺杂金或铂，减少少数载流子寿命。

优点：

速度快：t_{rr} 通常在 35ns ~ 500ns 之间，适合高频开关电路。
耐压适中：覆盖 200V ~ 1000V。

缺点：

正向压降 (V_F) 较高：通常在 0.8V ~ 1.2V 左右，导通损耗比普通二极管大。
反向恢复主要为“硬恢复”：关断时容易产生EMI振荡（这也是为什么需要加RC吸收电路的原因）。

硬恢复是指在正向电流不为0的时候，电压就突然反向。

肖特基二极管

(Schottky Barrier Diode, SBD)

代表型号：1N5819, SS34, SR560, MBR系列。

特点：金属-半导体结（不是PN结），多数载流子导电。

优点：

极低压降：V_F 通常在 0.2V ~ 0.5V，效率极高。
零反向恢复时间：理论上无 t_{rr}（只有结电容效应），开关损耗极小。

缺点：

漏电流大：反向漏电流 (I_R) 甚至可达mA级，且随温度升高指数级增加，容易热失控。
耐压低：传统硅基肖特基耐压通常 < 200V（高压需用SiC肖特基）。

电压调节与保护

应用场景：稳压、过压保护、静电防护。

齐纳二极管 / 稳压二极管

(Zener Diode)

工作原理：利用PN结的反向击穿状态（齐纳击穿或雪崩击穿）。

优点：

电路简单，一颗元件即可实现基准电压。
电压范围广（2V ~ 200V都有）。

缺点：

功率小：通常不能吸收大浪涌能量。
噪声大：雪崩击穿时伴随噪声。
精度一般：受温度影响较大（但在5.6V左右温度系数最好）。

TVS 二极管 (瞬态抑制二极管)

工作原理：雪崩效应，类似稳压管，但设计用于瞬间吸收巨大能量。

优点：

响应极快：ps (皮秒) 级响应，瞬间钳位电压。
吸收功率大：能承受几百瓦到几千瓦的瞬时脉冲（防雷、防ESD）。

缺点：

结电容大：普通TVS不能用于高速信号线（如USB3.0），需要用专用低容TVS。
也是有寿命的：长期反复承受大能量冲击性能会退化。

信号与开关

应用场景：逻辑电路、小电流整流、检波。

小信号开关二极管

代表型号：1N4148(被称为“万能二极管”)。

优点：

速度极快：t_{rr} ≈ 4ns。
结电容极小：适合高频信号处理。
极其便宜。

缺点：

电流小：通常 I_F < 300mA，不能用于功率电路。

典型的电路应用

整流电路-反激

输入端一般直接选芯片，选型依据是耐压和额定电流；

副边的一般是肖特基，选型依据是反向耐压和额定电流；

续流与钳位

(Freewheeling & Clamping)

续流二极管：配合电感/继电器使用，消除反向电动势（Buck电路、继电器驱动）。

RCD 钳位：在反激电源原边吸收漏感尖峰。

二极管的封装

封装的核心意义

在选型时，封装不仅仅代表元件的尺寸（Size），它在工程上直接决定了三个核心指标：

电流承载能力：封装越大，内部晶圆（Die）越大，引脚越粗，允许流过的电流越大。
散热能力(P_D)：二极管是发热大户（P_{loss} = I_{load} times V_F）。封装决定了热阻 (R_{theta JA})，即热量散发出去的快慢。
PCB空间与装配：决定了是需要打孔（插件）还是直接贴装（SMD），以及占用板子的面积。

贴片封装 (SMD)

SMA / SMB / SMC

外形一模一样（矩形黑色塑料），只是体积依次变大。

A<B<C

选型经验：

如果计算电流为1.5A，虽然 SMB (2A) 勉强够，但建议选SMC (3A/5A)。
理由：SMC体积大，散热铜片面积大，温升更低，可靠性更高。

小信号封装SOD

SOD-123 / SOD-323：体积极小。

应用：1N4148W（开关信号）、稳压管、MOS管栅极保护。
限制：电流通常 < 300mA，功率 < 0.4W。

功率贴片 (Power SMD)

当电流> 5A时，普通的 SMC 封装散热已不足，需要使用带底部散热焊盘 (Thermal Pad)的封装。

TO-252 (D-PAK)：剪了腿的 TO-220 缩小版。电流 5A~15A。
TO-263 (D2-PAK)：剪了腿的 TO-220 原大版。电流 10A~30A。
注意：这两种封装必须在 PCB 上铺足够面积的铜皮来散热，必要时需打过孔到背面散热。

插件封装 (THT) —散热高压

轴向引线

适用场景：需要外加散热片、高压输入端、抗震动要求不高的大电源。

DO-35 / DO-41：细玻璃管或小黑管。对应 1N4148 (DO-35) 或 1N4007 (DO-41)。电流1A。
DO-15：比 DO-41 稍粗。对应 FR207。电流1.5A ~ 2A。
DO-201AD (DO-27)：很粗的圆柱体。对应 SR560, 1N5408。电流3A ~ 5A。

大功率三极管外形

长得像三极管/MOS管，但实际是二极管。

TO-220AC / TO-220AB：最经典。

AC：两脚，单管。

AB：三脚，内部是两只二极管共阴极（对管）。

能力：配合散热片，轻松处理10A ~ 40A电流。

TO-247：巨型封装，用于千瓦级电源，电流 40A+。

反激电源中二极管封装选型

副边整流二极管

反激电源中电流最大、发热最严重的地方；

以72w的电源为例，24V×3A

电压和电流应力

定封装

要处理的功耗大约是：P ≈ 3A × 0.8V = 2.4W（如果是快恢复则是 3W+）。2.4W 的热量，靠小贴片是散不出去的。

RCD

RCD 二极管推荐优先使用插件 FR107。如果空间受限必须用贴片 RS1M，务必注意焊盘间距需 >3mm 或开槽处理，并注意与发热电阻的热隔离。

既然电流小（RCD二极管平均电流通常不到 0.5A），热量也不大，为什么在很多电源（尤其是几十瓦到几百瓦的适配器）里，RCD 二极管FR107 还是要用 DO-41 的插件封装，而不直接用 RS1M (SMA) 贴片呢？

其实，这里主要不是为了“散热”，而是为了“安规距离”、“PCB走线”以及“被邻居连累”。

二极管截止时，承受电压 ≈ V_{IN_MAX} + V_{OR}

这里二极管处理的电流小，主要是耐压；

耐压：

对于 220V 输入，最高直流约 375V，反射约 100V，合计 475V。
选型：必须选1000V耐压的管子（600V 的太边缘，容易挂）。

速度：

太慢（如 1N4007）：在高频下损耗巨大，会发烫炸机。
太快（如 US1M）：有时候会让 EMI 变差（振荡太剧烈）。
折中推荐：FR系列（快恢复）是最经典的。

电流：

虽然平均电流很小，但它流过的是脉冲尖峰电流，通常选1A即可。