整流二极管详解：原理、作用、应用与选型要点
一、整流二极管的基本定义
整流二极管是一种利用PN结单向导电性将交流电（AC）转换为直流电（DC）的半导体器件。其核心特性是正向导通、反向截止，允许电流仅沿单一方向流动。
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典型结构：硅材料（正向压降约0.7V）或锗材料（正向压降约0.3V）。
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核心公式：
整流效率（η） = (直流输出功率 / 交流输入功率) × 100%
（实际效率受正向压降、反向漏电流等因素影响）
二、整流二极管的核心作用
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AC/DC转换：
将交流电转换为脉动直流电（如桥式整流电路）。 -
反向电流阻断：
防止反向电流损坏电路（如电源输入极性保护）。 -
电压半波/全波整流：
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半波整流：仅利用交流波形的正半周。
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全波整流（桥式/中心抽头）：利用交流波形的正负半周，效率更高。
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续流保护：
在感性负载（如电机、继电器）中释放反向电动势，保护开关器件。
三、整流二极管的应用方法
1. 设计示例：12V交流转直流电源
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输入参数：AC 12V（有效值），频率50Hz。
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峰值电压：
Vp = Vrms × √2 = 12V × 1.414 ≈ 17V -
选择二极管：
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反向电压（Vr） ≥ 17V × 2（安全余量）→ 选Vr ≥ 50V。
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正向电流（If） ≥ 负载电流 × 1.5 → 若负载1A，选If ≥ 1.5A。
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电路实现：使用4颗1N4007（If=1A，Vr=1000V）组成桥式整流。
3. 特殊应用场景
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高频开关电源：需选快恢复二极管（如FR107，Trr<500ns）。
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低压大电流：选肖特基二极管（如SS34，Vf≈0.3V）。
四、整流二极管选型的关键点
| 参数 | 定义与选型规则 | 公式/示例 |
|---|---|---|
| 正向电流（If） | 允许通过的最大平均电流 | If ≥ 1.5 × I_load（安全余量） |
| 反向电压（Vr） | 最大反向耐受电压 | Vr ≥ 2 × Vp（Vp：峰值反向电压） |
| 正向压降（Vf） | 导通时的电压损耗 | P_loss = Vf × I_load（损耗计算） |
| 反向恢复时间（Trr） | 从导通到截止的延迟时间（高频场景关键参数） | 高频电源选Trr < 100ns |
| 结温（Tj） | 最大允许工作温度（通常150℃） | Tj = Ta + (P_loss × Rθja) |
1. 功率与散热设计
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功率损耗：
P_loss = Vf × I_load
（例如：Vf=0.7V，I_load=2A → P_loss=1.4W） -
散热设计：
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加装散热片（如TO-220封装需散热片面积≥5cm²/W）。
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自然散热时，PCB铜箔面积≥50mm²/W。
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2. 高频与效率优化
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快恢复二极管：减少开关损耗（如Trr=50ns的UF4007）。
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肖特基二极管：降低Vf提升效率（适用于5V以下低压场景）。
五、主流整流二极管厂商及型号
| 厂商 | 典型型号 | 参数 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| ON Semi | 1N4007 | If=1A，Vr=1000V，Vf=1.1V | 通用低频整流 |
| Vishay | FR107 | If=1A，Vr=1000V，Trr=500ns | 开关电源续流 |
| Diodes Inc | SS34 | If=3A，Vr=40V，Vf=0.5V | 低压大电流（如DC-DC） |
| STMicro | STTH8R06 | If=8A，Vr=600V，Trr=35ns | 高频逆变器、电机驱动 |
六、常见问题与解决方案
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二极管过热：
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原因：电流超限或散热不足。
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解决：选更高If的型号，增加散热片。
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反向击穿：
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原因：Vr不足或瞬态过压。
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解决：选更高Vr的二极管，并联TVS管。
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高频噪声：
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原因：Trr过长导致开关噪声。
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解决：换用快恢复或肖特基二极管。
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七、总结
整流二极管选型需综合电气参数、散热需求与应用场景：
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参数匹配：If、Vr、Vf、Trr需满足电路要求。
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高频优化：快恢复/肖特基二极管提升效率。
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散热保障：合理设计散热路径，避免过热失效。
设计箴言：
“整流选压降，电流看余量；
高频快恢复，散热不能忘。”
注：具体选型请参考数据手册并结合实际测试验证。