如何利用MDD開關(guān)二極管構(gòu)建快速開關(guān)保護(hù)電路？實(shí)用設(shè)計(jì)技巧分享

在高速開關(guān)控制電路或數(shù)字邏輯電路中，瞬態(tài)電壓、負(fù)載感應(yīng)反沖、反向電流等因素常常對(duì)核心元件造成威脅，特別是在繼電器、MOSFET、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電感負(fù)載等場(chǎng)合，保護(hù)電路設(shè)計(jì)不當(dāng)可能導(dǎo)致元器件損壞、系統(tǒng)失效甚至引發(fā)安全隱患。本文將從FAE的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，介紹如何巧妙利用MDD開關(guān)二極管（如1N4148、BAS16等）構(gòu)建快速開關(guān)保護(hù)電路，并給出幾個(gè)典型設(shè)計(jì)技巧，幫助工程師在實(shí)際項(xiàng)目中提升系統(tǒng)可靠性。

一、開關(guān)二極管的基本特性

開關(guān)二極管是一種專用于高頻、高速切換的低電容二極管，主要特點(diǎn)包括：

反向恢復(fù)時(shí)間（Trr）極短，典型值約為4ns；

正向壓降（Vf）約為0.6~0.8V；

封裝緊湊、耐壓適中，適用于中小功率場(chǎng)合；

反向漏電流小，可靠性高。

正是由于其響應(yīng)快、體積小和導(dǎo)通速度快等特點(diǎn)，使其在構(gòu)建快速開關(guān)保護(hù)電路中表現(xiàn)出色。

二、應(yīng)用場(chǎng)景一：反向電壓保護(hù)

當(dāng)負(fù)載斷電或開關(guān)器件（如MOSFET）關(guān)斷時(shí)，若存在電感性負(fù)載，線圈兩端會(huì)因能量釋放產(chǎn)生高反向電壓，極易損壞器件。此時(shí)，可以采用開關(guān)二極管進(jìn)行快速鉗位：

設(shè)計(jì)技巧：二極管反向并聯(lián)于感性負(fù)載兩端

當(dāng)負(fù)載斷電，二極管迅速導(dǎo)通，將感性負(fù)載回饋的能量形成回路消耗在負(fù)載自身上，從而避免高壓反沖。例如，在繼電器、電磁閥、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路中，1N4148就可充當(dāng)“自由輪二極管”角色，保護(hù)驅(qū)動(dòng)器免受反向高壓影響。

注意：當(dāng)電感電流較大時(shí)，需選擇耐流能力更強(qiáng)的快恢復(fù)二極管或肖特基二極管。

三、應(yīng)用場(chǎng)景二：輸入電壓鉗位保護(hù)

在開關(guān)電路中，控制端往往通過開關(guān)器件（如三極管、按鈕）接受外部輸入，若輸入信號(hào)超出電路電壓范圍，則可能損壞控制器件。

設(shè)計(jì)技巧：利用開關(guān)二極管做電平鉗位

將開關(guān)二極管陰極接至電源正極（如5V），陽極接至輸入信號(hào)端，當(dāng)外部輸入高于5V+Vf（約5.7V）時(shí)，二極管導(dǎo)通，將過壓導(dǎo)入電源軌，防止損壞下級(jí)電路；同理，也可在GND方向放置鉗位二極管，保護(hù)電路免受負(fù)壓沖擊。

該方案尤其適用于外接信號(hào)來源不確定、存在反向誤插、過壓風(fēng)險(xiǎn)的接口，如MCU IO口、按鍵輸入、電平轉(zhuǎn)換等。

四、應(yīng)用場(chǎng)景三：多路邏輯或控制電路保護(hù)（Diode-OR）

在一些需要多個(gè)信號(hào)控制同一輸入端（如上電控制、硬件使能信號(hào)）的設(shè)計(jì)中，可使用開關(guān)二極管構(gòu)建“或門”功能。

設(shè)計(jì)技巧：多個(gè)控制源串聯(lián)二極管共接輸入

每個(gè)控制信號(hào)串聯(lián)一只開關(guān)二極管，陰極共接目標(biāo)輸入端，陽極分別接控制源。當(dāng)任一控制源為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)二極管導(dǎo)通，輸入端獲得有效信號(hào)，其他路徑因二極管反偏不會(huì)干擾。此結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)邏輯功能，還提供方向隔離、防止互相干擾。

五、應(yīng)用場(chǎng)景四：快速關(guān)斷MOSFET柵極

在高頻MOSFET開關(guān)控制中，為避免電壓延遲或柵極過沖，可利用開關(guān)二極管加速柵極放電。

設(shè)計(jì)技巧：柵極并聯(lián)反向二極管與下拉電阻

當(dāng)控制信號(hào)從高變低時(shí)，二極管為柵極放電提供低阻通路，加快關(guān)斷速度，防止器件工作在亞閾值區(qū)，提高開關(guān)效率并減少熱損耗。此方法常用于D類功放、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及SMPS開關(guān)電路。

六、選型建議與使用注意事項(xiàng)

選擇Trr盡可能短的器件，如1N4148、BAS16適用于幾十MHz以下的應(yīng)用；

注意最大正向電流與浪涌電流能力，避免在大電感回路中使用小功率二極管；

合理布局：在PCB布線中，將二極管靠近被保護(hù)器件放置，縮短信號(hào)回路，提升保護(hù)效果；

避免電壓反向擊穿：使用時(shí)確保反向峰值電壓小于器件額定值。

留在最后，MDD開關(guān)二極管雖小，但在高速開關(guān)保護(hù)電路中發(fā)揮著極為重要的作用。無論是反向鉗位、過壓保護(hù)、快速導(dǎo)通控制，還是構(gòu)建邏輯隔離結(jié)構(gòu)，它都提供了簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)且高效的解決方案。掌握合理的選型原則和典型電路結(jié)構(gòu)，能夠讓工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中更靈活地解決問題，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾能力。