開關電源損耗之二極管的功率損耗分析-KIA MOS管

二極管的功率損耗

二極管作為開關元件，MOSFET 導通時二極管無電流流過，斷開時電流流經回路2。因此，二極管的功率損耗同樣由傳導損耗和開關損耗組成。

二極管的傳導損耗

二極管的傳導損耗則在很大程度上取決于正向導通電壓(V_F)。二極管通常比 MOSFET 損耗更大，二極管損耗與正向電流、V_F 和導通時間成正比。

由于 MOSFET 斷開時二極管導通，二極管的傳導損耗(P_COND(DIODE))近似為：

P_COND(DIODE) = I_DIODE(ON) * V_F * (1 – D)

式中，I_DIODE(ON)為二極管導通期間的平均電流。

二極管導通期間的平均電流為 I_OUT，因此，對于 Buck 變換器，P_COND(DIODE)可以按照下式估算：

P_COND(DIODE) = I_OUT * V_F * (1 – V_OUT/V_IN)

與 MOSFET 功耗計算不同，采用平均電流即可得到比較準確的功耗計算結果，因為二極管損耗與 I 成正比。

顯然，MOSFET 或二極管的導通時間越長，傳導損耗也越大。對于 Buck 變換器，輸出電壓越低，二極管產生的功耗也越大，因為它處于導通狀態的時間越長。

二極管的開關損耗

與 MOSFET 相同，二極管也存在開關損耗。這個損耗很大程度上取決于二極管的反向恢復時間(t_RR)，二極管開關損耗發生在二極管從正向導通到反向截止的轉換過程。

當反向電壓加在二級管兩端時，正向導通電流在二極管上產生的累積電荷需要釋放，產生反向電流尖峰(I_RR(PEAK))，極性與正向導通電流相反，從而造成 V × I 功率損耗，因為反向恢復期內，反向電壓和反向電流同時存在于二極管。

下圖給出了二極管在反向恢復期間的 PN 結示意圖。

圖 二極管結反偏時，需要釋放正向導通期間的累積電荷，產生峰值電流 I_RR(PEAK)

了解了二極管的反向恢復特性，可以由下式估算二極管的開關損耗(P_SW(DIODE))：

P_SW(DIODE) = 0.5 * V_REVERSE * I_RR(PEAK) * t_RR2 * fS

其中，V_REVERSE是二極管的反向偏置電壓，I_RR(PEAK)是反向恢復電流的峰值，t_RR2是從反向電流峰值 I_RR(PEAK)到恢復電流為正的時間。

對于 Buck 變換器，當 MOSFET 導通的時候，V_IN為 MOSFET 導通時二極管的反向偏置電壓。

二極管的傳導損耗和開關損耗實測

為了驗證二極管損耗計算公式，實測了 Buck 變換器中 PN 結的開關波形，如圖所示。

圖 Buck 變換器中 PN 結開關二極管的開關波形

具體參數為：V_IN = 10V、V_OUT =3.3V，測得 I_RR(PEAK) = 250mA、I_OUT = 500mA、f_S = 1MHz、 t_RR2 = 28ns、V_F = 0.9V。

利用這些數值可以得到：

該結果接近于圖所示測量結果 358.7mW?？紤]到較大的 V_F和較長的二極管導通周期，t_RR時間非常短，傳導損耗(_PSW(DIODE))在二極管損耗中占主導地位。

聯系方式：鄒先生

聯系電話：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯系地址：深圳市福田區金田路3037號金中環國際商務大廈2109

請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公眾號

請“關注”官方微信公眾號:提供  MOS管  技術幫助

免責聲明：本網站部分文章或圖片來源其它出處，如有侵權，請聯系刪除。