在工业电源、新能源设备及医疗仪器等高压场景中，二极管的选型直接决定系统的耐压能力与长期可靠性。作为现场应用工程师（FAE），需从材料特性、封装设计、参数匹配等多维度综合决策。本文结合典型应用场景与前沿技术趋势，提供MDD高压二极管选型的关键设计参考框架。

一、材料革新：硅基与碳化硅的博弈
高压二极管的核心性能差异源于材料体系。
硅基二极管（如2CL77、BYV29）凭借成熟工艺和低成本优势，在10kV以下工频场景仍占主流。例如2CL77在X射线机中可稳定输出10kV电压，漏电流控制在μA级。但其反向恢复时间（trr）普遍超过1μs，导致高频场景下开关损耗剧增。
碳化硅（SiC）二极管（如C4D05120E）以宽禁带特性实现突破：反向恢复电荷（Qrr）趋近于零，耐压能力提升至20kV级，且结温耐受可达200℃。在50kV级ICT变压器高压充电电源中，336个SiC二极管并联时总损耗仅74.6W，较硅基方案降低40%。但需注意其1.5-2V的正向导通压降（Vf）可能增加导通损耗。
设计决策点：
当系统频率＞100kHz或环境温度＞150℃时，优先选用SiC方案；
工频或成本敏感型项目可保留硅基方案，但需预留30%耐压冗余。
二、封装设计：耐压能力的物理屏障
封装技术是高压二极管可靠性的第一道防线，需平衡三个矛盾：
绝缘与散热的矛盾
TO-247封装通过3mm爬电距离实现20kV耐压，但热阻（RθJA）高达40℃/W；
陶瓷封装（如CRL-1720）在17kV耐压下热阻可优化至15℃/W，但需增加铜焊盘面积以降低结温。
尺寸与耐压的矛盾
SOD-323封装体积仅3.2×1.7mm，但受限于空气介质，耐压上限为5kV；
多层玻璃钝化工艺（如2CLSV）通过增加PN结钝化层，在同等体积下将耐压提升至12kV。
安装工艺的匹配性
环氧树脂灌封可提升PCB爬电距离，但会加剧热积累；
倒装焊（Flip-Chip）技术通过缩短电流路径，将TO-220封装的寄生电感降低50%，适用于MHz级高频场景。
三、参数优化：动态工况下的耐压策略
反向恢复时间（trr）与频率的匹配
在LLC谐振拓扑中，快恢复二极管（FRD）在100kHz下损耗达72W，而SiC方案仅19W。需通过PSpice仿真验证trr与电路频率的适配性。
电压梯度的动态分配
多级串联结构中，需匹配二极管的反向漏电流一致性。实测表明，1%的漏电流偏差会导致电压分配偏移＞15%，需引入均压电阻或主动平衡电路。
热应力耦合设计
建立三维热仿真模型：TO-247封装在10A连续电流下，结温每升高10℃，反向漏电流增加2倍。建议通过铜基板散热将结温控制在120℃以下。
四、验证体系：从仿真到加速老化
多应力加速测试
参照IEC 60747标准，在85℃/85%RH环境中施加1.5倍额定电压，持续1000小时验证绝缘退化。
动态浪涌测试
模拟电机启动场景，对BYV29施加10ms/100A浪涌电流，监测Vf漂移量＜5%为合格。
失效模式分析（FMEA）
统计显示，60%的高压失效源于封装气密性缺陷。可采用氦质谱检漏仪检测＜5×10⁻⁸Pa·m³/s的微泄漏。
五、典型场景选型路径
医疗CT机（40kV级）：优选玻璃钝化封装的2CLSV，配合氮化铝陶瓷基板散热；
光伏逆变器（1500V DC）：采用SiC二极管C3D05065A，配合三明治PCB布局降低EMI；
汽车充电桩（1000V DC）：TO-247封装的SiC模块，集成温度传感器实现主动热管理。
MDD高压二极管的选型已从单一参数匹配转向系统级协同设计。工程师需在材料特性、封装工艺、热管理策略之间建立动态平衡模型，同时结合加速老化测试预判长期可靠性。随着国产SiC芯片的产业化突破，未来高压系统的耐压能力与能效边界将持续拓展。