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。

• 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）。

• 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）

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二、整流二极管的核心作用

1. AC/DC转换：

   将交流电转换为脉动直流电（如桥式整流电路）。

2. 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）。

3. 电压半波/全波整流：

   • 半波整流：仅利用交流波形的正半周。

   • 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。

4. 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。

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三、整流二极管的应用方法

1. 设计示例：12V交流转直流电源

1. 输入参数：AC 12V（有效值），频率50Hz。

2. 峰值电压：
   Vp = Vrms × √2 = 12V × 1.414 ≈ 17V

3. 选择二极管：

   • 反向电压（Vr） ≥ 17V × 2（安全余量）→ 选Vr ≥ 50V。

   • 正向电流（If） ≥ 负载电流 × 1.5 → 若负载1A，选If ≥ 1.5A。

4. 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

• 高频开关电源：需选快恢复二极管（如FR107，Trr<500ns）。

• 低压大电流：选肖特基二极管（如SS34，Vf≈0.3V）。

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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

• 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：

  • 加装散热片（如TO-220封装需散热片面积≥5cm²/W）。

  • 自然散热时，PCB铜箔面积≥50mm²/W。

2. 高频与效率优化

• 快恢复二极管：减少开关损耗（如Trr=50ns的UF4007）。

• 肖特基二极管：降低Vf提升效率（适用于5V以下低压场景）。

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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

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六、常见问题与解决方案

1. 二极管过热：

   • 原因：电流超限或散热不足。

   • 解决：选更高If的型号，增加散热片。

2. 反向击穿：

   • 原因：Vr不足或瞬态过压。

   • 解决：选更高Vr的二极管，并联TVS管。

3. 高频噪声：

   • 原因：Trr过长导致开关噪声。

   • 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：

1. 参数匹配：If、Vr、Vf、Trr需满足电路要求。

2. 高频优化：快恢复/肖特基二极管提升效率。

3. 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。”

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注：具体选型请参考数据手册并结合实际测试验证。