MDD快恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中的應(yīng)用：如何提高轉(zhuǎn)換效率？

開關(guān)電源（SMPS）是現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺的供電方式，其核心特點是高效能、體積小、重量輕。在高頻工作的開關(guān)電源中，整流二極管的反向恢復(fù)特性直接影響能量損耗和轉(zhuǎn)換效率。相比普通整流二極管，快恢復(fù)二極管（FRD）因其短反向恢復(fù)時間（trr）和低開關(guān)損耗，成為提升開關(guān)電源效率的關(guān)鍵元件。本文MDD將探討快恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中的作用及如何優(yōu)化其應(yīng)用來提高轉(zhuǎn)換效率。

1.快恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中的關(guān)鍵作用

在開關(guān)電源中，二極管通常用于二次側(cè)整流或功率因數(shù)校正（PFC）。如果選用普通整流二極管（如1N4007），其較長的反向恢復(fù)時間（通常為幾微秒級）會造成較大的反向恢復(fù)電流（IRR），從而增加功率損耗和電磁干擾（EMI）。

快恢復(fù)二極管通過優(yōu)化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（如PIN結(jié)構(gòu)），顯著縮短反向恢復(fù)時間（通常在50ns~500ns之間），有效降低以下?lián)p耗：

開關(guān)損耗：減少二極管從導(dǎo)通到截止的反向恢復(fù)電流，提高能效。

EMI干擾：減小高頻振鈴現(xiàn)象，提高電源穩(wěn)定性。

熱損耗：降低二極管在高頻工作時的發(fā)熱，提高可靠性。

2.提高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)化策略

為了充分發(fā)揮快恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中的作用，提高轉(zhuǎn)換效率，需要從以下幾個方面進行優(yōu)化：

(1)選擇合適的快恢復(fù)二極管

不同的開關(guān)電源拓撲對二極管的要求不同，以下是常見的選型參考：

反向耐壓（VRRM）：應(yīng)比電源輸入電壓高出20%~30%，以防止過壓損壞。

正向?qū)妷海╒F）：VF越低，導(dǎo)通損耗越小，但可能犧牲部分反向恢復(fù)性能。

反向恢復(fù)時間（trr）：對于高頻應(yīng)用（>100kHz），trr建議低于100ns，如UF4007（75ns）、MUR860（50ns）。

封裝類型：大功率應(yīng)用需選擇良好散熱的封裝，如TO-220、TO-247。

(2)降低二極管反向恢復(fù)損耗

使用軟恢復(fù)（Soft Recovery）快恢復(fù)二極管：如STTH系列，它們能減少電流突變，降低EMI。

優(yōu)化驅(qū)動電路：調(diào)整功率MOSFET的開關(guān)速度，使二極管的恢復(fù)電流與MOSFET的開關(guān)動作匹配，減少電流尖峰。

并聯(lián)續(xù)流電容（Snubber）：減少二極管的寄生振蕩，提高電源的穩(wěn)定性。

(3)結(jié)合同步整流技術(shù)

在高效開關(guān)電源（如服務(wù)器電源、DC-DC變換器）中，可用同步整流（SR）MOSFET替代快恢復(fù)二極管，進一步降低導(dǎo)通損耗。對于100kHz以上的高頻電路，可以在同步整流前級仍然使用快恢復(fù)二極管，以確保穩(wěn)定性和可靠性。

3.典型應(yīng)用案例

反激式（Flyback）開關(guān)電源整流

采用MUR460（4A/600V,trr≈50ns）作為二次側(cè)整流，顯著降低開關(guān)損耗，比普通整流二極管提高轉(zhuǎn)換效率3%~5%。

功率因數(shù)校正（PFC）電路

采用HFA08TB60（8A/600V,trr≈25ns），優(yōu)化高頻二極管損耗，PFC效率提升2%以上。

DC-DC變換器高頻續(xù)流

采用RHRP1560（15A/600V,trr≈35ns），降低能量回饋損耗，減少器件發(fā)熱。

所以，快恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中的作用至關(guān)重要，它能夠有效減少反向恢復(fù)損耗，提高轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)化電源性能。為了達到最佳效果，設(shè)計時需綜合考慮trr、VF、耐壓、電流容量、散熱及驅(qū)動匹配等因素。同時，在高效應(yīng)用中，可以結(jié)合同步整流或EMI抑制措施，進一步提升開關(guān)電源的性能和可靠性。