如何利用MDD開關二極管構建快速開關保護電路？實用設計技巧分享

在高速開關控制電路或數字邏輯電路中，瞬態電壓、負載感應反沖、反向電流等因素常常對核心元件造成威脅，特別是在繼電器、MOSFET、步進電機驅動、電感負載等場合，保護電路設計不當可能導致元器件損壞、系統失效甚至引發安全隱患。本文將從FAE的實用經驗出發，介紹如何巧妙利用MDD開關二極管（如1N4148、BAS16等）構建快速開關保護電路，并給出幾個典型設計技巧，幫助工程師在實際項目中提升系統可靠性。

一、開關二極管的基本特性

開關二極管是一種專用于高頻、高速切換的低電容二極管，主要特點包括：

反向恢復時間（Trr）極短，典型值約為4ns；

正向壓降（Vf）約為0.6~0.8V；

封裝緊湊、耐壓適中，適用于中小功率場合；

反向漏電流小，可靠性高。

正是由于其響應快、體積小和導通速度快等特點，使其在構建快速開關保護電路中表現出色。

二、應用場景一：反向電壓保護

當負載斷電或開關器件（如MOSFET）關斷時，若存在電感性負載，線圈兩端會因能量釋放產生高反向電壓，極易損壞器件。此時，可以采用開關二極管進行快速鉗位：

設計技巧：二極管反向并聯于感性負載兩端

當負載斷電，二極管迅速導通，將感性負載回饋的能量形成回路消耗在負載自身上，從而避免高壓反沖。例如，在繼電器、電磁閥、馬達驅動電路中，1N4148就可充當“自由輪二極管”角色，保護驅動器免受反向高壓影響。

注意：當電感電流較大時，需選擇耐流能力更強的快恢復二極管或肖特基二極管。

三、應用場景二：輸入電壓鉗位保護

在開關電路中，控制端往往通過開關器件（如三極管、按鈕）接受外部輸入，若輸入信號超出電路電壓范圍，則可能損壞控制器件。

設計技巧：利用開關二極管做電平鉗位

將開關二極管陰極接至電源正極（如5V），陽極接至輸入信號端，當外部輸入高于5V+Vf（約5.7V）時，二極管導通，將過壓導入電源軌，防止損壞下級電路；同理，也可在GND方向放置鉗位二極管，保護電路免受負壓沖擊。

該方案尤其適用于外接信號來源不確定、存在反向誤插、過壓風險的接口，如MCU IO口、按鍵輸入、電平轉換等。

四、應用場景三：多路邏輯或控制電路保護（Diode-OR）

在一些需要多個信號控制同一輸入端（如上電控制、硬件使能信號）的設計中，可使用開關二極管構建“或門”功能。

設計技巧：多個控制源串聯二極管共接輸入

每個控制信號串聯一只開關二極管，陰極共接目標輸入端，陽極分別接控制源。當任一控制源為高電平時，對應二極管導通，輸入端獲得有效信號，其他路徑因二極管反偏不會干擾。此結構不僅實現邏輯功能，還提供方向隔離、防止互相干擾。

五、應用場景四：快速關斷MOSFET柵極

在高頻MOSFET開關控制中，為避免電壓延遲或柵極過沖，可利用開關二極管加速柵極放電。

設計技巧：柵極并聯反向二極管與下拉電阻

當控制信號從高變低時，二極管為柵極放電提供低阻通路，加快關斷速度，防止器件工作在亞閾值區，提高開關效率并減少熱損耗。此方法常用于D類功放、電機驅動及SMPS開關電路。

六、選型建議與使用注意事項

選擇Trr盡可能短的器件，如1N4148、BAS16適用于幾十MHz以下的應用；

注意最大正向電流與浪涌電流能力，避免在大電感回路中使用小功率二極管；

合理布局：在PCB布線中，將二極管靠近被保護器件放置，縮短信號回路，提升保護效果；

避免電壓反向擊穿：使用時確保反向峰值電壓小于器件額定值。

留在最后，MDD開關二極管雖小，但在高速開關保護電路中發揮著極為重要的作用。無論是反向鉗位、過壓保護、快速導通控制，還是構建邏輯隔離結構，它都提供了簡潔、經濟且高效的解決方案。掌握合理的選型原則和典型電路結構，能夠讓工程師在實際設計中更靈活地解決問題，提升系統的穩定性與抗干擾能力。