工作原因，很久沒有發帖了。最近下班回家，回顧了一下當年的課本《半導體功率器件》一書，略有體會，借此機會，和大家一起學習討論一下。在這里首先看看相對簡單的二極管，后續如有機會，繼續討論BJT，MOSFET。
1. 該貼期望以樓主自問自達或者你問我答的形式進行（樓主學識經驗不足，答不上來的大家一起討論，答錯了的懇求各位指正）
2. 該貼旨在讓經驗型的電源工程師從理論上上更了解器件機理，讓學院派接觸到實際設計中需要考慮的問題。
【技術盛宴】 深入了解開關電源中的二極管
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@rj44444
首先拋出幾個問題：1.肖特基二極管和快恢復二極管有什么區別？2.反向恢復時間到底是怎么回事？3.二極管的功耗算平均電流還是有效值電流？
先談談第一個問題：
從根本上說，肖特基二極管和快恢復二極管在物理結構上是不一樣的。肖特基二極管的陽極是金屬，陰極是N型半導體；快恢復二極管基本結構仍然是普通的PIN二極管，即陰陽極分別為N和P型半導體。物理結構決定了兩者的電特性。
1. 耐壓較低（通常150V以下），同等耐壓，相同電流下，肖特基二極管的正向壓降低于快恢復二極管。
看圖，同樣耐壓50V的SS15和ES1A在1A下，SS15的Vf約0.65V，ES1A的Vf約0.85V。
2. 肖特基二極管載流子只有電子，數多子器件理論上沒有反向恢復時間，而快恢復二極管本質上和PIN二極管一樣，是少子器件的反向恢復時間通常在幾十到幾百ns。具體什么是反向恢復，在2貼的問題2中將詳細討論。
3. 額定反向耐壓下，快恢復二極管的反向漏電流較小，通常在幾uA到幾十uA；肖特基二極管的反向漏電流則通常達到幾百uA到幾十mA，且隨溫度升高急劇增大。
大家繼續補充。
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@rj44444
先談談第一個問題：從根本上說，肖特基二極管和快恢復二極管在物理結構上是不一樣的。肖特基二極管的陽極是金屬，陰極是N型半導體；快恢復二極管基本結構仍然是普通的PIN二極管，即陰陽極分別為N和P型半導體。物理結構決定了兩者的電特性。1.耐壓較低（通常150V以下），同等耐壓，相同電流下，肖特基二極管的正向壓降低于快恢復二極管。看圖，同樣耐壓50V的SS15和ES1A在1A下，SS15的Vf約0.65V，ES1A的Vf約0.85V。[圖片][圖片]2.肖特基二極管載流子只有電子，數多子器件理論上沒有反向恢復時間，而快恢復二極管本質上和PIN二極管一樣，是少子器件的反向恢復時間通常在幾十到幾百ns。具體什么是反向恢復，在2貼的問題2中將詳細討論。3.額定反向耐壓下，快恢復二極管的反向漏電流較小，通常在幾uA到幾十uA；肖特基二極管的反向漏電流則通常達到幾百uA到幾十mA，且隨溫度升高急劇增大。大家繼續補充。
支持樓主，還有個成本區別。順便加幾個問題進去。
同樣電流的肖特基和快恢復，里面的晶圓尺寸區別大嗎？
為什么有的二極管溫度有的是150℃，有的175℃，有的125℃？廠家通過什么方面區別。
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@yalishandafei
頂一個啊，話說逆變全橋死區時間需要續流的，可不可以靠MOSFET內部的寄生二極管呢，這個寄生二極管反向恢復時間是很影響效率，我的疑問是它跟逆變器容性負載有沒有關聯，比如LCL濾波參數中的C選的稍微大點，直接影響就是全橋炸管，是不是寄生二極管反向恢復時間過長所致？
MOSFET的體二極管反向恢復時間通常是比較長的，即使是經過優化的快恢復系列，高壓管子通常也有百ns級的恢復時間，一定程度影響效率。全橋炸管，多數是直通導致，例如dv/dt過大導致Cgd耦合到Vgs的電壓達到Vgsth，或者導致MOSFET內部寄生的BJT導通等。
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@rj44444
首先拋出幾個問題：1.肖特基二極管和快恢復二極管有什么區別？2.反向恢復時間到底是怎么回事？3.二極管的功耗算平均電流還是有效值電流？
第二個問題，反向恢復時間是怎么回事？
反向恢復時間基本的定義是：二極管從導通狀態轉換成關斷狀態所需的時間。
從定義可以看出，二極管導通狀態下突然施加一個反偏電壓，它是不能馬上截止的。我們從根本上來看看這是為什么。
上面這個圖就是我們最常用的PN結二極管最基本結構。其中重摻雜的P型半導體作為陽極，重摻雜的N型半導體作為陰極，為了承受更高的反向耐壓，中間有一段較長的區域為接近本征半導體的輕摻雜N型區域。
PN結加正偏電壓時，在電場作用下，P區的空穴向N區擴散，N區的電子向P區擴散，于是形成正向電流。對于P區而言，N區過來的電子是少子，同樣對于N區而言，P區過來的空穴也是少子。因此，PN結二極管實際上是通過少子來傳送電流的，即少子器件。
可見，在正向導通的時候，P區存在大量電子，N區存在大量空穴。
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@rj44444
先談談第一個問題：從根本上說，肖特基二極管和快恢復二極管在物理結構上是不一樣的。肖特基二極管的陽極是金屬，陰極是N型半導體；快恢復二極管基本結構仍然是普通的PIN二極管，即陰陽極分別為N和P型半導體。物理結構決定了兩者的電特性。1.耐壓較低（通常150V以下），同等耐壓，相同電流下，肖特基二極管的正向壓降低于快恢復二極管。看圖，同樣耐壓50V的SS15和ES1A在1A下，SS15的Vf約0.65V，ES1A的Vf約0.85V。[圖片][圖片]2.肖特基二極管載流子只有電子，數多子器件理論上沒有反向恢復時間，而快恢復二極管本質上和PIN二極管一樣，是少子器件的反向恢復時間通常在幾十到幾百ns。具體什么是反向恢復，在2貼的問題2中將詳細討論。3.額定反向耐壓下，快恢復二極管的反向漏電流較小，通常在幾uA到幾十uA；肖特基二極管的反向漏電流則通常達到幾百uA到幾十mA，且隨溫度升高急劇增大。大家繼續補充。
肖特基的耐壓通常最高做到200V（但是臺灣的竹懋和PFC品牌據說可以做到300V，而且VF值只有0.3幾）其實肖特基的反向恢復時間快，無非就是它的芯片做的非常薄（電流跟晶圓面積大小有關，耐壓根晶圓厚度有關），通俗一點講是A到B之間的距離較短。而超快恢復（SF,MUR,ER系列）的耐壓可以做到600V，快恢復（FR,HER,RS系列）的耐壓可以做到1000V
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@zmey
肖特基的耐壓通常最高做到200V（但是臺灣的竹懋和PFC品牌據說可以做到300V，而且VF值只有0.3幾）其實肖特基的反向恢復時間快，無非就是它的芯片做的非常薄（電流跟晶圓面積大小有關，耐壓根晶圓厚度有關），通俗一點講是A到B之間的距離較短。而超快恢復（SF,MUR,ER系列）的耐壓可以做到600V，快恢復（FR,HER,RS系列）的耐壓可以做到1000V
并不是肖特基的耐壓最高只能做到200V，而是因為硅材料的肖特基二極管，耐壓做到200V以上時，Vf相對于快恢復沒有優勢，并且反向漏電流非常大。
耐壓300V，Vf 0.3V的肖特基二極管沒有聽說過，理論上是不太可能的。
肖特基沒有反向恢復，是因為載流子全部為電子，沒有抽取少子所需的時間。
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@rj44444
第二個問題，反向恢復時間是怎么回事？反向恢復時間基本的定義是：二極管從導通狀態轉換成關斷狀態所需的時間。從定義可以看出，二極管導通狀態下突然施加一個反偏電壓，它是不能馬上截止的。我們從根本上來看看這是為什么。[圖片]上面這個圖就是我們最常用的PN結二極管最基本結構。其中重摻雜的P型半導體作為陽極，重摻雜的N型半導體作為陰極，為了承受更高的反向耐壓，中間有一段較長的區域為接近本征半導體的輕摻雜N型區域。PN結加正偏電壓時，在電場作用下，P區的空穴向N區擴散，N區的電子向P區擴散，于是形成正向電流。對于P區而言，N區過來的電子是少子，同樣對于N區而言，P區過來的空穴也是少子。因此，PN結二極管實際上是通過少子來傳送電流的，即少子器件。可見，在正向導通的時候，P區存在大量電子，N區存在大量空穴。
下面以CCM的boost為例，結合仿真來分析一下二極管的反向恢復問題。
仿真參數如圖所示，下面給出穩態下一個周期的仿真結果圖：
其中V002為MOSFET的Vgs，V(N003,N002)為二極管的Vka，Id（M1）為MOSFET的漏極電流，I（D1）為二極管的陽極流入電流。
當新的開關周期到來，MOSFET驅動電壓上升，電感電流開始從MOSFET流過，由于電感電流在短時間內基本不變，因此二極管開始流過的電流開始減小。二極管電流減小到0的時刻即為反向恢復開始的時刻。
由于二極管內部存儲的少子導致二極管不能阻斷電流，隨著MOSFET驅動電壓的上升，MOSFET DS之間回路阻抗降低，二極管開始反向流過電流，即少子一反相電流的形式被抽取，直到MOSFET DS之間電壓開始下降（開始進入米勒平臺），即二極管開始電壓開始反偏時，反向電流達到最大值。
此后，反向電流開始減小，二極管反偏電壓開始升高，直到MOSFET Vds下降到0，二極管承受全部的反向電壓。
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@rj44444
下面以CCM的boost為例，結合仿真來分析一下二極管的反向恢復問題。[圖片]仿真參數如圖所示，下面給出穩態下一個周期的仿真結果圖：[圖片]其中V002為MOSFET的Vgs，V(N003,N002)為二極管的Vka，Id（M1）為MOSFET的漏極電流，I（D1）為二極管的陽極流入電流。當新的開關周期到來，MOSFET驅動電壓上升，電感電流開始從MOSFET流過，由于電感電流在短時間內基本不變，因此二極管開始流過的電流開始減小。二極管電流減小到0的時刻即為反向恢復開始的時刻。由于二極管內部存儲的少子導致二極管不能阻斷電流，隨著MOSFET驅動電壓的上升，MOSFETDS之間回路阻抗降低，二極管開始反向流過電流，即少子一反相電流的形式被抽取，直到MOSFETDS之間電壓開始下降（開始進入米勒平臺），即二極管開始電壓開始反偏時，反向電流達到最大值。此后，反向電流開始減小，二極管反偏電壓開始升高，直到MOSFETVds下降到0，二極管承受全部的反向電壓。
從仿真圖可以看出，反向恢復過程中，二極管流過較大的反向電流同時承受了較大的反向電壓，因此造成了很大的反向恢復損耗。在CCM PFC中，為了降低這個損耗，通常的超快恢復二極管（標稱反向恢復時間十幾到幾十ns）仍然差強人意，需要用到SiC二極管。常用的SiC二極管通常是肖特基結構，反向恢復時間遠低于PIN二極管。
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