《关于吸收》三：真实的谎言——二极管正向恢复

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《关于吸收》二：自感拓扑反压尖峰成因及对策；http://www.21dianyuan.com/bbs/21266.html
有以下三个观点：
1、反压尖峰总是和电感有关，即反压尖峰是电感引起的，这个大家看法一致。
2、反压尖峰是二极管反向恢复冲击电流引起的。这个存在争议，有待澄清。
3、反压尖峰是二极管正向恢复导通电流延时引起的，对此我不以为然。

nc965：

什么正向恢复？正向恢复只是书本上一个概念，谁真正观察到正向恢复？别说开关电源那几百KHz的频率，就是在微波频段也没有观察到正向恢复。

吸收的另外一个误区：拿正向恢复来说事。

晶纲禅诗：

正向恢复 ：主要由二极管结电容存储的反向电压电荷引起。不过我主观推测时间应该是极短的。

东方：

可以说东方是被你们搞得欲罢不能啊。还记得电烙铁暂态过程，也是你们二位一定要算出功率分瞬时功率与长期功率的，那次是YTDFWANGWEI先生追的更紧。这次呢，又出来一位blueskyy先生也是十分了得。dfjijin先生也没闲着照例乘机起哄。然后YTDFWANGWEI先生来一句：你也有中招的时候呀！于是大块人心。

XW：他们关心的是到底有没有“正向恢复”可别把正事儿忘了。

nc965：什么正向恢复？正向恢复只是书本上一个概念，谁真正观察到正向恢复？吸收的另外一个误区：拿正向恢复来说事。

东方：这可给东方出了一道难题，正向恢复可不就是是书本上一个概念嘛！这话没错。但东方接受了这个概念。有图为证，二极管电路模型：

XW：从这等效电路上，能说明正向恢复概念吗？

东方：Boost电路S断开时，电感的作用使电流不能突变，二极管呈现高阻，导致尖峰电压出现。反之，实际电路若有反压尖峰波形，就可以作为正向恢复时间的实验证明。东方支持观念改革，若能推翻正向恢复，使尖峰不再危害，当然也是好事！

nc965：

这个等效是成立的，不仅对二极管，对任何二端器件都可以这样等效。这就是书本上正向恢复的概念。这只是个概念，对电阻和电容也可以引申，比如“电阻的正向恢复时间”，如果你愿意的话。

也就是说，正向恢复并没有像反向恢复那样的与半导体载流子运动有关的半导体物理学机制，半导体厂家一般也不承认和给出这个参数。

这里面起主要作用的是电抗，而电抗直接与导线的长度相关，一般而言，二极管管芯的几何尺寸远小于引出线（管脚）的长度，因此管芯的电抗远小于引出线的电抗，而引出线电抗远小于PCB布线电抗。这三种电抗只是程度不同，效果都是可能引起反压尖峰(或其他效应)，我们应该（可以）不加区别地采取同样的措施去处理，不用区分哪部分是正向恢复，哪部分是管脚和PCB布线，更何况，真正不能靠改善布局人为控制的管芯那点电抗（即所谓正向恢复）与整个电抗相比是非常次要的。如果把这个非常次要的成分作为设计的基础，会得到什么有价值的结论呢？

zkybuaa：

真是公说公有理，婆说婆有理啊~

二极管的正向恢复，不仅仅是由电抗引起的吧？

也跟内部载流子建立的电场有关，也就是载流多子的扩散浓度有关，跟搀杂介质的浓度有关。

nc965：

你说这个如果存在，才是真正意义上的正向恢复，但是目前没有被检测手段观测到。

东方说那个等效电路，就是电抗等效正向恢复的意思，这个可以被观测到。

问题是，任何器件的引脚，都有同样的问题，不仅二极管有，MOS也有，我相信这两个电抗无论其大小以及对电路的影响程度来说都是旗鼓相当的，为什么从来没有人把MOS的管脚电抗拿来说事，单单把二极管的拿出来说，还美其名曰“正向恢复”？

其实，所有工程师明白这一点就行了：所有器件的引脚都存在感抗、容抗、阻抗的等效。二极管也不例外，而且也没有什么不同。

二极管正向恢复是子虚乌有，是那些生怕问题还不够复杂、生怕大家还不够糊涂的学院派人士臆想的、杜撰的、强加给二极管的一个特性和参数。

zkybuaa：

老兄说二极管正向恢复是子虚乌有，臆想杜撰的，这有点牵强武断了~

难道半导体制造商提供的DATASHEET上提供的正向恢复参数，也是杜撰的吗？

附件是vishay威世公司的一个超快恢复高压二极管：正向恢复125ns，反向恢复25ns。（第二页的首张表格）。

如果老兄觉得这个datasheet提供了子虚乌有的参数，可以投诉。

nc965：

上述说法是针对东方的定义：正向恢复电流建立时间的存在和影响，目的是说明这个时间并不存在，不要让大家形成错误的概念。既然张工紧追不舍，看来有必要把这个问题彻底搞清楚。

这是一颗典型的超快恢复二极管，我看不出它和其他公司的超快恢复二极管在特性和使用上有什么特别之处，这个料反向恢复25ns，正向恢复125ns，是其5倍之巨。我想，如果这个参数真的存在的话，那么其他公司的二极管这个参数也大致差不多。但是其他公司的数据手册上却找不到正向恢复时间这个参数。对于小5倍的反向恢复我们尚且斤斤计较，对于大5倍的这个参数甚至连提都不提，为什么呢？

答案只有一个，这个参数无关紧要。谁也不会拿它来说事。

晶纲禅诗：正向恢复主要由二极管结电容存储的反向电压电荷引起。不过我主观推测时间应该是极短的。

zkybuaa ：正向恢复跟内部载流子建立的电场有关，也就是载流多子的扩散浓度有关，跟搀杂介质的浓度有关。

两位大师一语道破天机，二极管从反向偏置到正向导通确实有个过渡过程，这个过程确实如两位大侠所说是一个由内部载流子运动，抵消结电容存储的反向电荷直到正向电场的建立的过程。

什么意思呢？可以理解为结电容的先放（反向电压）后充的充放电过程，物理机制是结电容，或者叫势垒。

这个过程会带来什么影响呢？

与任何电容充放电过程一样，电压滞后电流一个时间差，这个时间差该手册表达为正向恢复时间（forward recovery time）。

电压滞后电流一个时间差的意思是：电流超前于电压提前导通，或者说正向电压还没有达到正向导通电压Vf 之前，正向电流就已经开闸放水了。

也就是说：

1、正向电流建立时间永远=0（先避开引脚电抗），这就是我们始终观察不到正向恢复的根本原因。

2、正向电压建立时间相当可观，有什么关系呢？就那么不到1V的电压，我看一直不恢复最好。

如果觉得还没有说清楚，那就再换句话说：

二极管翻转时，无论正向反向翻转，在转向瞬间二极管都是直通的，经过一个反向恢复时间后反向电压建立，经过一个正向恢复时间后，正向电压降建立。

因此，多数厂家不给出正向恢复时间这个参数是有道理的，因为这个参数基本没用。

vishay公司给出这个参数也没错，我不投诉。

greendot：

我的理解，二极管开始导通时，压降比较高，过一段时间才会回落到正常压降，这个时间就是Fwd. Rec.Time。有的认为这个现象像个电感特性(实与引脚的电感无关)，与Reverse Recovery是个电容特性相比较。

二极管的turn-on time 其实很快，几个ns 而已。

东方：

有点意思。把正向恢复时间归于引线和PCB布线电感引起，这也未尝不可。说法不同而已。因为它对开关器件的尖峰反压冲击作用有类似之处。

XW：但是，实际情况到底是这样的呢？

【转帖】

二极管正向导通时候瞬态过程是怎样？

对于二极管的瞬态过程，通常关心比较多的是反向恢复特性。但是其实二极管从反偏转为正向导通的过程也有值得注意的地方。在二极管刚导通的时候，正向压降会先上升到一个最大值，然后才会下降到稳态值。而这个最大值，随di/dt的增大而增大。也就是说二极管在导通瞬间会产生一个正向尖峰电压，而且电压要大于稳态电压。快恢复管的这个正向尖峰电压比较小，慢恢复管就会很严重。

东方：从上面的论述可以看到，正向恢复随di/dt的增大而增大，这一点和电感的特性相似，但不是说正向恢复时间就是看得见的引线电感造成的。

XW：nc965大师说是引线电感，也没错么。

zkybuaa：真是公说公有理，婆说婆有理啊。

东方：也不是这样。【转帖】说“二极管在导通瞬间会产生一个正向尖峰电压，快恢复管的这个正向尖峰电压比较小，慢恢复管就会很严重。”如果是由于引线电感造成，就不能有这样的差别。

zkybuaa：二极管的正向恢复，不仅仅是由电抗引起的吧？也跟内部载流子建立的电场有关，也就是载流多子的扩散浓度有关，跟搀杂介质的浓度有关。vishay威世公司的一个超快恢复高压二极管：正向恢复125ns，反向恢复25ns。

东方：看来确实有正向恢复时间的物质基础。这些本是半导体物理研究的内容，但现在对电路设计有很大影响，不得不关注。

XW：你不是说仅仅是说法不同而已吗？

东方：仔细思量，还是有点不同的。而且，从主观愿望来讲，nc965大师的取消论对电路设计更为有利。

XW；这和什么利益有关？

东方：如果真的不存在“器质性”的正向恢复时间，那就不会因正向尖峰电压而击穿二极管。可惜，美好的愿望往往会落空，事与愿违啊！nc965大师千万要顶住！就算全部否定了东方先生的推导的基石！我也高兴！

XW；不对呀！你咋自己称先生啦？

东方：引用blueskyy先生原文，篡改不得呀！

nc965：

还别说，经过精密仿真，还真观察到了你们说的正向导通瞬间的正向电压的一个小的尖峰。

问题是，这个正向电压以及它的尖峰均滞后后于正向电流，滞后时间与电流有关，一般在ns数量级。而正向电流与驱动电压同步，没有任何延时。