反向恢復(fù)電流會(huì)對(duì)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源放大器的開關(guān)損耗產(chǎn)生重大影響。例如，考慮圖 2 中的降壓轉(zhuǎn)換器。　　降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。

　　圖 2.降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖片由 Steve Arar 提供降壓轉(zhuǎn)換器接收直流輸入電壓并將其降至較低的直流電壓。在第一個(gè)半周期內(nèi)，開關(guān) (S 1 ) 閉合，并將軌電壓施加到電感器。在此半周期中，二極管 (D 1 ) 反向偏置。
　　當(dāng) S 1在第二個(gè)半周期打開時(shí)，電感器試圖保持電流流動(dòng)。這會(huì)打開二極管，從而提供所需的電流（上圖中的i D）。在這種情況下，電路中的節(jié)點(diǎn) A 約為 -0.7 V，由二極管的正向壓降決定。
　　當(dāng) S 1閉合時(shí)，二極管從正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置。但是，正如我們之前討論過的，它不能立即完成這一操作。在關(guān)閉之前，二極管能夠反向傳導(dǎo)電流。
　　當(dāng) S 1閉合時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致電源與地短路。流過短路的短暫大電流尖峰會(huì)導(dǎo)致能量損失和 EMI。二極管反向恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，功率損失就越大。
　　讓我們把注意力轉(zhuǎn)回到 D 類放大器。圖 3 顯示了我們?cè)谏弦黄恼轮醒芯窟^的互補(bǔ)電壓切換配置。　　帶有反并聯(lián)二極管的互補(bǔ)電壓開關(guān) D 類配置。

　　圖 3.互補(bǔ)電壓切換 D 類配置。圖片由 Steve Arar 提供您可能已經(jīng)注意到圖 3 與圖 2 中的降壓轉(zhuǎn)換器之間存在一些相似之處。但反向恢復(fù)的效果是否也相似？我們將在接下來的兩節(jié)中找到答案，這兩節(jié)將解釋二極管反向恢復(fù)在高于或低于諧振頻率時(shí)如何影響 D 類放大器。
　　在諧振頻率以上操作 D 類放大器　　考慮一下如果圖 3 中的放大器在其調(diào)諧電路的諧振頻率以上工作會(huì)發(fā)生什么情況。當(dāng)開關(guān)頻率高于諧振頻率時(shí)，串聯(lián) LC 電路充當(dāng)電感負(fù)載。因此，流過負(fù)載的電流 ( i RF ) 落后于施加到放大器節(jié)點(diǎn) A 的方波的基波分量 ( V A )。圖 4 比較了這兩個(gè)電流。

　　在諧振頻率以上，電流滯后于電壓的基波分量。
　　圖 4.在諧振頻率以上，電流滯后于電壓的基波分量。圖片由 Steve Arar 提供每個(gè)開關(guān)在導(dǎo)通周期的一部分時(shí)間內(nèi)都會(huì)傳導(dǎo)負(fù)電流。由于 NPN 晶體管無法反向（發(fā)射極到集電極）傳導(dǎo)電流，因此反向并聯(lián)二極管為負(fù)電流提供了一條路徑?！　D 5(a) 和圖 5(c) 分別顯示了流過晶體管 Q 1和 Q 2的電流。同樣，圖 5(b) 和圖 5(d) 顯示了流過二極管 D 1和 D 2的電流。

　　流過每個(gè)晶體管和二極管的電流。　　圖 5.放大器在諧振頻率以上工作時(shí)，電流通過 Q 1 (a)、D 1 (b)、Q 2 (c) 和 D 2 (d)。圖片由 Steve Arar 提供從這些波形中我們可以看出，當(dāng)我們?cè)谥C振頻率以上操作時(shí)，每個(gè)晶體管都在相應(yīng)的反并聯(lián)二極管之后導(dǎo)通。器件導(dǎo)通順序?yàn)椋骸1 → Q1 → D2 → Q2　　

     考慮圖 5(d) 和圖 5(c) 中標(biāo)記的t = t 1時(shí)刻。在t = t 1時(shí)，二極管 D 2從正向偏置變?yōu)榉聪蚱茫w管 Q 2導(dǎo)通以傳導(dǎo)輸出電流。由于無法立即關(guān)閉，D 2會(huì)將一些電流從節(jié)點(diǎn) A 吸收到地。圖 6 顯示了t = t 1時(shí)流過 D 2 的反向恢復(fù)電流的方向，當(dāng)時(shí) D 2 從正向偏置轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚱谩?/p>

　　在 t = t1 時(shí)，二極管的反向恢復(fù)電流影響輸出電流。
　　圖 6.在t = t 1時(shí)，二極管的反向恢復(fù)電流對(duì)輸出電流有貢獻(xiàn)。圖片由 Steve Arar 提供流經(jīng)D2 的反向恢復(fù)電流與Q2傳導(dǎo)的正電流方向相同。本質(zhì)上，反向恢復(fù)電流成為 D 類放大器下部開關(guān)本應(yīng)吸收的正電流的一部分。
　　這種情況與我們?cè)诮祲恨D(zhuǎn)換器中看到的情況完全不同。在那里，反向恢復(fù)電流導(dǎo)致短路，產(chǎn)生從電源流到地的大電流尖峰。在這里，當(dāng)通過 D 2 的反向電流不足以提供輸出電流時(shí)，Q 2會(huì)導(dǎo)通以提供輸出電流的路徑。
　　但是如果我們?cè)谡{(diào)諧電路的諧振頻率以下操作放大器，結(jié)果會(huì)怎樣呢？讓我們來一探究竟。
　　使 D 類放大器在其諧振頻率以下運(yùn)行　　當(dāng) D 類放大器的開關(guān)頻率低于諧振頻率時(shí)，串聯(lián) LC 電路充當(dāng)電容性負(fù)載。因此，負(fù)載電流 ( iRF )領(lǐng)先于節(jié)點(diǎn) A 處的方波基波分量 ( VA )。如圖 7 所示。

　　在諧振頻率以下，電流領(lǐng)先于電壓的基波分量。　　圖 7.在諧振頻率以下，電流領(lǐng)先于電壓的基波分量。圖片由 Steve Arar 提供每個(gè)開關(guān)在其導(dǎo)通周期的一部分時(shí)間內(nèi)仍會(huì)傳導(dǎo)負(fù)電流，反向并聯(lián)二極管再次為負(fù)電流提供路徑。圖 8 顯示了流經(jīng) Q 1 (a)、D 1 (b)、Q 2 (c) 和 D 2 (d) 的電流。

　　當(dāng)放大器在諧振頻率以下工作時(shí)，流過每個(gè)二極管和晶體管的電流。
　　圖 8.放大器在諧振頻率以下工作時(shí)，電流通過 Q 1 (a)、D 1 (b)、Q 2 (c) 和 D 2 (d)。圖片由 Steve Arar 提供我們很快就會(huì)看到，上述波形需要進(jìn)行一些調(diào)整以考慮反向恢復(fù)效應(yīng)。
　　對(duì)于低于諧振頻率的操作，器件開啟順序?yàn)椋骸1 → D1 → Q2 → D2　　

   每個(gè)晶體管在其自己的反并聯(lián)二極管之前和另一個(gè)開關(guān)的反并聯(lián)二極管之后打開。這會(huì)導(dǎo)致類似于我們?cè)诮祲恨D(zhuǎn)換器中看到的情況--當(dāng)電流從二極管轉(zhuǎn)向另一個(gè)開關(guān)的晶體管時(shí)，由于二極管的反向恢復(fù)，電流尖峰從電源流到地。圖 9 顯示了二極管 D 1從正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置時(shí)的反向恢復(fù)電流路徑。

　　當(dāng) D1 從正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置時(shí)，電流尖峰流過 D1 和 Q2。
　　圖 9.當(dāng) D 1從正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置時(shí)，流過 D 1和 Q 2 的電流尖峰以綠色顯示。圖片由 Steve Arar 提供為了更好地理解這種現(xiàn)象如何影響性能，讓我們運(yùn)行一些模擬。
　　在 LTspice 中模擬 D 類放大器　　圖 10 顯示了我將用來探索互補(bǔ)電壓開關(guān) D 類放大器的開關(guān)動(dòng)態(tài)的 LTspice 圖。

　　互補(bǔ)電壓開關(guān) D 類放大器的 LTspice 原理圖。
　　圖 10.圖 3 中的 D 類放大器的 LTspice 原理圖。圖片由 Steve Arar 提供請(qǐng)注意，上述示意圖僅用于模擬目的--并非旨在為實(shí)際放大器推薦元件。元件和參數(shù)的選擇只是為了展示輸出設(shè)備的開關(guān)行為，例如反向恢復(fù)效應(yīng)。
　　輸出 LC 電路調(diào)諧至 1 MHz。使用三個(gè) 10 H 電感器（L2、L3 和 L4）以及以下k語句模擬變壓器
　　k語句指定變壓器繞組之間的耦合系數(shù)( k )。耦合系數(shù)可以在 0 到 1 之間變化，其中 1 表示沒有漏電感的理想情況。如上所示，此模擬的k = 1。
　　.ic指令位于原理圖中的k語句下方。它指定電感器的初始條件（在本例中為初始電流）。
　　圖 11 中的多窗格圖顯示了開關(guān)頻率與諧振頻率相同時(shí)的指定電流。可以解釋如下：
　　頂部窗格：加載電流。
　　中間窗格：上開關(guān)電流，包括流過 Q 1（藍(lán)色波形）和 D 1 （青色）的電流?！　〉撞看案瘢合麻_關(guān)電流，包括流過 Q 2（洋紅色）和 D 2 （黃色）的電流。

　　在 LTspice 中模擬的負(fù)載電流和開關(guān)電流。開關(guān)頻率和諧振頻率相等。
　　圖 11。（點(diǎn)擊放大）負(fù)載電流（頂部）；晶體管 Q 1和二極管 D 1的電流（中間）；晶體管 Q 2和二極管 D 2的電流（底部）。圖片由 Steve Arar 提供當(dāng)開關(guān)頻率等于諧振頻率時(shí)，上下開關(guān)不需要通過負(fù)電流。因此，整個(gè)電流由晶體管提供。如上所示，二極管不會(huì)導(dǎo)通。
　　現(xiàn)在，我們得到了理想操作的示意圖。讓我們看看當(dāng)開關(guān)頻率和諧振頻率不相等時(shí)，我們的模擬結(jié)果會(huì)是什么樣子。再次，我們將從檢查諧振頻率以上的操作開始。
　　諧振頻率以上操作的 LTspice 仿真
　　通過將諧振頻率保持在 1 MHz 并將輸入頻率更改為 1,010 kHz (1.01 MHz)，我們獲得圖 12 中的波形。從上到下，這些波形分別是：
　　輸出電壓。
　　負(fù)載電流。
　　電流流過 Q 1（洋紅色）和 D 1（青色）。
　　電流流過 Q 2（藍(lán)色）和 D 2（黃色）?！　≡?LTspice 中模擬的輸出電壓、負(fù)載電流和開關(guān)電流。開關(guān)頻率高于諧振頻率。

　　圖 12。（點(diǎn)擊放大）從上到下：輸出電壓；負(fù)載電流；晶體管 Q 1和二極管 D 1的電流；晶體管 Q 2和二極管 D 2的電流。圖片由 Steve Arar 提供舉個(gè)例子，讓我們檢查一下大約 966.5 μs 時(shí)的開關(guān)動(dòng)態(tài)。此時(shí)，輸出端的方波被驅(qū)動(dòng)至正電源軌。由于t = 966.5 μs 時(shí)輸出電流為負(fù)，二極管 D 1導(dǎo)通以傳導(dǎo)電流。當(dāng)電流變?yōu)檎龝r(shí)，晶體管傳導(dǎo)電流，二極管關(guān)閉。
　　圖 13 放大了二極管關(guān)斷瞬間的相關(guān)電流。負(fù)載電流顯示為紅色，D 1電流顯示為青綠色，Q 1電流顯示為洋紅色?！　∝?fù)載電流、D1 電流和 Q1 電流的放大視圖。

　　圖 13。（點(diǎn)擊放大）負(fù)載電流（紅色）、二極管 D 1的電流（青色）和晶體管 Q 1的電流（洋紅色）。圖片由 Steve Arar 提供從約t = 966.530 μs 到t = 966.550 μs，二極管提供負(fù)輸出電流。此后，由于反向恢復(fù)效應(yīng)，二極管的電流在短時(shí)間內(nèi)變?yōu)樨?fù)，從??而產(chǎn)生正輸出電流。
　　t = 966.560 μs后不久，二極管的反向電流降至零，晶體管導(dǎo)通以提供正輸出電流。從圖 12 中可以看出，當(dāng)輸出電流從 D 2轉(zhuǎn)向Q 2時(shí)，會(huì)發(fā)生類似的事件序列。
　　諧振頻率以下運(yùn)行的 LTspice 仿真
　　我們的最終模擬仍然使用圖 10 中的 D 類放大器，諧振頻率仍為 1 MHz。但是，輸入頻率現(xiàn)在為 990 kHz。圖 14 顯示了模擬結(jié)果?！　≡?LTspice 中模擬的輸出電壓、負(fù)載電流和開關(guān)電流。開關(guān)頻率低于諧振頻率。

　　圖 14。（點(diǎn)擊放大）從上到下：輸出電壓；負(fù)載電流；晶體管 Q 1和二極管 D 1的電流；晶體管 Q 2和二極管 D 2的電流。圖片由 Steve Arar 提供這些波形與圖8的理論討論一致。
　　例如，在t = 987.6 μs之前的某個(gè)時(shí)間，電流從 D 1轉(zhuǎn)移到 Q 2。但是，出現(xiàn)了電流尖峰。我們可以在圖 15 中更清楚地看到這些尖峰，該圖提供了相關(guān)電流（以及輸出電壓）的放大視圖。與圖 12 和 14 一樣，輸出電壓為棕色，D 1的電流為青色，Q 2的電流為藍(lán)色，負(fù)載電流為紅色。
　　反向恢復(fù)期間電流尖峰的放大視圖。圖中還顯示了跨電壓的二極管。

　　圖 15。（點(diǎn)擊放大）施加到調(diào)諧電路的方波（棕色）、負(fù)載電流（紅色）、二極管 D 1的電流（青色）和晶體管 Q 2的電流（藍(lán)色）。圖片由 Steve Arar 提供在t = 987.56 μs之前，負(fù)載電流變?yōu)樨?fù)。這會(huì)將電流從 Q 1（未顯示）轉(zhuǎn)移到 D 1。接下來，當(dāng) Q 2導(dǎo)通時(shí)， V OUT被驅(qū)動(dòng)至地。然后 Q 2可以提供輸出負(fù)電流。
　　當(dāng)從 D 1轉(zhuǎn)換到 Q 2時(shí)，二極管從正向偏置變?yōu)榉聪蚱?。由于二極管的反向恢復(fù)電流，相當(dāng)大的電流流過 D 1和 Q 2 。這導(dǎo)致波形中出現(xiàn)電流尖峰。當(dāng)電流從 D 2轉(zhuǎn)向Q 1時(shí)，也會(huì)發(fā)生類似的事件序列。
　　那么，這一切對(duì) D 類放大器的性能意味著什么呢？讓我們通過研究這些模擬的關(guān)鍵要點(diǎn)來結(jié)束本文。
　　二極管反向恢復(fù)的影響：關(guān)鍵要點(diǎn)
　　當(dāng)我們?cè)谥C振頻率以上操作 D 類放大器時(shí)，反向恢復(fù)電流成為輸出電流的一部分。檢查圖 12 的電壓圖（頂部窗格），我們還看到反向恢復(fù)期間二極管兩端的電壓相對(duì)較小。因此，反向恢復(fù)的功率損耗較低。
　　然而，如果 D 類放大器的開關(guān)頻率低于其諧振頻率，反向恢復(fù)就會(huì)成為一個(gè)問題。如圖 15 所示，反向并聯(lián)二極管會(huì)產(chǎn)生高反向恢復(fù)功率尖峰。這些電流尖峰會(huì)增加噪聲并損壞晶體管。
　　我們還可以從圖 15 中看到，反向恢復(fù)時(shí)二極管兩端的電壓相對(duì)較大，導(dǎo)致反向恢復(fù)功率損耗較高。出于所有這些原因，不建議在諧振頻率以下或使用電容負(fù)載運(yùn)行 D 類放大器。