前言

反峰防護(hù)系列之二，防反峰二極管可以將反峰鉗位在0V附近，可以無死角的保護(hù)高壓電源不被反峰損壞，但是在反峰電流過大時(shí)會(huì)自我損壞?？胺Q反峰保險(xiǎn)絲，本文結(jié)合仿真波形來講解防反峰二極管的作用原理及失效原因分析。

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2019年11月9日 - 初稿

作者：海伏科技——小濤（轉(zhuǎn)載注明出處）
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工作原理

圖1：脈沖功率系統(tǒng)等效電路

此文章為《高壓電源反峰防護(hù)》的補(bǔ)充，關(guān)于什么是反峰，以及反峰為什么會(huì)損壞電源請(qǐng)查看：http://www.ychhy.com.cn/class/51

下面以欠阻尼震蕩為例，描述一個(gè)完整的功率脈沖典型工作過程。

充電過程

上圖中綠色箭頭所示的回路為充電回路，此時(shí)二極管兩端的電壓反偏，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，電流由充電機(jī)流入儲(chǔ)能電容C，電容C的電壓逐漸升高。這里可以看出反峰二極管的反向耐壓應(yīng)該不低于高壓電源（充電機(jī)）的額定電壓，防止在充電過程中防反峰二極管擊穿損壞。

放電過程一（電容放電）

上圖中紫色箭頭所示的回路為放電回路：功率脈沖系統(tǒng)中常見的等效電路包括開關(guān)K、以及等效串聯(lián)電感、等效串聯(lián)電阻。

等效串聯(lián)電感：由于放電回路的阻抗很小，通常為幾歐姆，而電容中的電壓通常為幾十千伏，開關(guān)K導(dǎo)通時(shí)在放電回路里會(huì)產(chǎn)生數(shù)十千安培、甚至幾百千安的電流。如此大的電流導(dǎo)線再也不是理想的傳輸線，環(huán)路電感，導(dǎo)線電感，電容中的電感、電阻中的電感、甚至火花開關(guān)導(dǎo)通時(shí)火花通道上的電感都是不能忽略的。上圖中將這些所有的電感都等效為一個(gè)電感即虛線框中模擬負(fù)載的電感。通常這個(gè)電感不是一個(gè)實(shí)物電感，是整個(gè)放電環(huán)路不可避免要產(chǎn)生的等效電感，無論如何此電感是不會(huì)為0的，只能通過優(yōu)化放電環(huán)路來減小此電感。

電容放電階段，一部分能量被負(fù)載吸收，另外一部能量存儲(chǔ)在環(huán)路等效電感中。當(dāng)電容電壓為0時(shí)，環(huán)路電感的儲(chǔ)能通常為最大值，由于電感中電流不會(huì)突變，從而有了下面的過程。

放電過程二（電感儲(chǔ)能釋放）

上述過程中電容電壓已經(jīng)接近0V，而此時(shí)環(huán)路中的電流在峰值附近（非嚴(yán)謹(jǐn)表述，只是為了簡單理解）。由于環(huán)路電感的存在，環(huán)路電流將繼續(xù)剛才的流向，那么電容中電壓的極性就會(huì)發(fā)生換向，電感中的一部分能量被負(fù)載吸收，另外一部分能量轉(zhuǎn)移到了電容中，以反壓的形式存儲(chǔ)起來。

注意，這里電容中產(chǎn)生了反壓，注意上圖中紅色回路的部分，此時(shí)保護(hù)電路中的電流流向是與充電時(shí)相同的，所以保護(hù)允許此方向上存在電流。那么此時(shí)防反峰二極管（也稱續(xù)流二極管）導(dǎo)通。由于二極管正向?qū)ǖ膲航岛苄?，單個(gè)PN節(jié)的壓降約為0.7V，高壓二極管內(nèi)部是多個(gè)PN節(jié)串聯(lián)，整體的壓降一般在幾十伏。那么高壓電源輸出端的電壓就不會(huì)低于負(fù)的二極管壓降，從而起到對(duì)充電機(jī)的保護(hù)作用。

損壞機(jī)理

上圖中的保護(hù)電路一般為電阻、電感等，會(huì)在后續(xù)文章中詳細(xì)介紹，保護(hù)電路最主要的目的就是在電容反壓階段限制電流的增長。根據(jù)反壓大小和持續(xù)時(shí)間的不同，在極端情況下，比如負(fù)載異常放電等情況會(huì)導(dǎo)致反壓的急劇增長。此時(shí)防反峰二極管中的電流有可能會(huì)大于二極管自身能承受的浪涌電流的極限。此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致PN節(jié)發(fā)熱過大，半導(dǎo)體擊穿。

為什么說續(xù)流二極管是反峰保險(xiǎn)絲

上述過程在PN節(jié)擊穿之后，電流通道仍能維持，即使嚴(yán)重情況下PN節(jié)過熱汽化，炸飛外殼電流仍然能通過電弧等離子體通道維持。直到放電環(huán)路中電容反壓消失，可見即使續(xù)流二極管被高反壓損壞，整個(gè)過程中高壓電源輸出端都不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的反壓，從而保護(hù)高壓電源（充電機(jī)）的安全。而二極管的損壞通常是在負(fù)載異常放電時(shí)發(fā)生，由于二極管是外置器件，更換、維修都比較方便。續(xù)流二極管像保險(xiǎn)絲一樣保障著高壓電源的安全，即使損壞自身仍能起到保護(hù)效果。

總結(jié)

反峰防護(hù)需要各個(gè)器件通力合作，防反峰二極管作為一種有效的補(bǔ)充手段能在負(fù)載異常時(shí)對(duì)高壓電源起到良好的保護(hù)作用，所以建議在任何情況下不要取消此二極管，續(xù)流二極管損壞時(shí)表現(xiàn)為反向耐壓不足，導(dǎo)致電源輸出短路，取下續(xù)流二極管后電源恢復(fù)正常。此時(shí)需要及時(shí)更換續(xù)流二極管，不要撤掉續(xù)流二極管繼續(xù)上電。應(yīng)分析其損壞的原因不斷完善功率脈沖系統(tǒng)的電路，保證其可靠穩(wěn)定運(yùn)行。