快恢復二極管串聯(lián)與并聯(lián)設計：均壓均流與應用挑戰(zhàn)

快恢復二極管憑借較短的反向恢復時間和較低的開關損耗，在高頻整流、PFC電路和逆變器等應用中廣泛使用。隨著電源系統(tǒng)的功率密度不斷提升，單顆二極管的耐壓或電流能力往往不足，這就需要通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式實現(xiàn)更高的耐壓或電流能力。然而，F(xiàn)RD在串并聯(lián)應用中會面臨均壓、均流以及熱穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。

一、串聯(lián)應用：提高耐壓能力

問題背景

單顆快恢復二極管的反向耐壓（VRRM）通常在200V~1200V不等。對于高壓電源或逆變器輸出階段，往往需要數(shù)千伏耐壓。因此，工程師會采用多顆FRD串聯(lián)的方式實現(xiàn)耐壓擴展。

均壓問題與解決方案

由于器件的反向漏電流（IR）存在差異，串聯(lián)的各個二極管在高壓下會出現(xiàn)電壓不均勻分配。如果某顆二極管承受的反向電壓超過其VRRM，會提前擊穿，引發(fā)系統(tǒng)失效。

靜態(tài)均壓：在每顆二極管兩端并聯(lián)高阻值電阻（如數(shù)百kΩ至MΩ），確保在反向偏置狀態(tài)下分壓均衡。

動態(tài)均壓：在高頻開關過程中，由于快恢復特性，反向恢復時間（Trr）差異也會導致瞬態(tài)電壓不均衡。常用方法是在每顆二極管兩端并聯(lián)RC緩沖網(wǎng)絡，提升動態(tài)均壓效果。

選型注意

使用同一批次、相同型號的FRD，降低參數(shù)離散度。

檢查Trr、IR及結電容的匹配度，確保動態(tài)電壓均分。

二、并聯(lián)應用：提升電流能力

問題背景

在大功率輸出整流或PFC電路中，單顆FRD的額定正向電流（IF）無法滿足設計要求。通過并聯(lián)多顆二極管，可以提高整體的電流承載能力。

均流問題與解決方案

并聯(lián)二極管的Vf存在微小差異，導通時電流會優(yōu)先流經(jīng)Vf較低的器件，導致其過流、發(fā)熱加劇，形成惡性循環(huán)。

被動均流：在每顆二極管前串聯(lián)小阻值電阻（如10-100mΩ），利用電阻壓降抵消Vf差異，實現(xiàn)電流均衡。

動態(tài)均流：由于Trr差異，反向恢復峰值電流（Irr）可能集中流經(jīng)某顆器件，因此需選擇參數(shù)匹配度高的FRD，或者通過驅動波形優(yōu)化減輕沖擊。

熱均衡設計

并聯(lián)器件的散熱條件必須一致。PCB布局需對稱，確保銅箔厚度、長度與散熱面積相等，避免某顆器件先過熱引起參數(shù)偏移。

三、實際應用案例與注意事項

開關電源中的串聯(lián)設計：在高壓LLC或諧振電源中，串聯(lián)FRD可提升耐壓，但必須設計靜態(tài)均壓電阻，并在必要時加入RC緩沖網(wǎng)絡，以避免關斷瞬間的電壓失衡。

PFC與逆變器中的并聯(lián)設計：為了降低導通損耗，提高輸出電流，F(xiàn)RD經(jīng)常與同步MOSFET配合，采用并聯(lián)結構。但在設計中需特別關注Trr與熱參數(shù)的匹配。

四、工程建議

串聯(lián)與并聯(lián)的FRD最好來自同一生產(chǎn)批次，并在出廠前進行參數(shù)篩選。

串聯(lián)時優(yōu)先考慮加裝RC均壓電路，以減小電壓分配不均帶來的擊穿風險。

并聯(lián)時應加入小阻值均流電阻，同時通過熱仿真優(yōu)化PCB銅箔厚度與散熱通孔設計。

在量產(chǎn)階段，對樣機進行高壓沖擊測試與滿載熱測試，以驗證均壓、均流的可靠性。

快恢復二極管的串聯(lián)與并聯(lián)設計是提升系統(tǒng)功率能力的常見方案，但其核心挑戰(zhàn)在于電壓、電流及熱量的均衡分配。只有通過合理的器件匹配、均壓均流設計以及充分的熱管理，才能確保FRD在高頻、高功率應用中長期穩(wěn)定運行。