PWM DC/DC转换器二极管

　　在开关电源中的PWM DC/DC转换器所用的二极管有两种：即快恢复二极管和肖特基二极管。

　　1 快恢复二极管

　　在开关电源中，除了工频整流器外，二极管大多数也工作在高频开关状态。因此，二极管的动态开关特性是十分重要的，其中主要是正向特 性和反向恢复特性。在使用中要求二极管的正向瞬态压降要小，反向恢复时间要短，反向恢复电荷要少，并且具有快速恢复的特性。

　　（1）开通特性。二极管的开通时间特性如图（a）所示，开通初期出现较高的正向峰值电压Ufp,电压下降到2V时为正向恢复时间tfr，然后继续下 降到稳态压降（如1V左右）。diF/dt为电流变化率，此电流变化率与器件内部机制、引线长短、有无磁性材料等因素有关。随着结温的增加，正 向恢复时间tfr和峰值电压Ufp也增加。

　　（2）关断特性。二极管正在通过大的正向电流而突加反向电压时，反向阻断能力的恢复过程如图（b）所示。

　　如图1 二极管开关过程中的电流和电压波形

　　①在tf瞬间加反向电压（电路电压变负），正向电流IF以diF/dt速率减小。diF/dt彦由反向电压U和分布电感L所决定。

　　②到t0瞬间电流过零，在载流子未消失之前，二极管未恢复阻断能力，流过反向恢复电流IR，电流反向增大，正向压降（由载流子决定）稍有下降。

　　③在t1瞬间、电荷Q1已被抽走，电流到达最大反向恢复电流IRM，二极管开始恢复阻断能力，开始承受反向电压。

　　④在t1瞬间之后，承受反向电压的能力迅速提高，反向恢复电流按|dirr/dt|迅速下降，在电路电感中感性较高的电压，加上电源电压得到最 大反向电压URM。

　　⑤到t2瞬间，反向电流减小到IRM/4,Q2已被抽走。

　　⑥在t0～t2期间：为反向恢复时间trr抽走的电荷为反向恢复电荷QR=Q1+Q2，至此反向恢复的定义阶段结束，二极管基本处于承受静态反向电 压阶段。

　　反向恢复电荷QR是一个重要参数，当正向电流一定时，QR越小，则反向恢复时间trr越短。QR与二极管正向电流diF/dt及结温有关。正向电流 和电流变化率增加时，QR增加。结温增加后，载流子寿命增加，QR也增加。二极管快恢复期间，在二极管内消耗的能量由下式决定：

　　式中，前一项与反向恢复电荷QR有关，为了减小损耗，应该选用QR小和反向恢复时间trr=t2-t0小的二极管；后一项为电感L中的储能，应当减 小电路中的电感（含分布电感）。

　　反向恢复电流的下降速度dirr/dt也是一个重要参数。如果dirr/dt过大，由于电路存在电感L、电容C，出现强烈振荡，产生寄生干扰，并使 反向峰值电压URM过高，甚至使二极管损坏。可以用软特性和硬特性的概念来表示dirr/dt对反向特性的影响。特性的软硬度用“软因子”来衡 量，软因子Sr的定义为

　

　　如图（a）表示Sr=0.3时的硬特性器件的电流曲线，如图（b）表示Sr=0.8时的软特性器件的电流曲线。实际应用时要选用Sr大的二极管。如果Sr 大，二极管承受的反向电压峰值URM则小。

　　如图2 二极管反向恢复过程的电流波形

　　目前，有PN型和PIN型两种结构的快恢复整流二极管。在同等容量下，PIN型结构具有开通压降低、反向快速恢复性能好的优点。但PIN型二极 管具有硬恢复特性，而PN型结构具有软恢复特性。实际使用时可以根据应用条件而进行选择。

　　三种高速整流器的比较见如表。

　　如表 三种高速整流器的比较