应对电源能效挑战，老器件新应用时代

二极管可能是工程师最熟悉一种半导体器件了，做为电路的基础元件，目前二极管目前依然在各种各样的电子产品中发挥作用。随着全球节能环保意识提升，电源能效成为设计师关心的主要指标，如何在提升电源能效和可靠性的前提下提升电源功率密度降低成本和EMI是电源设计师面临的主要挑战，在应对这些挑战时，采用创新工艺的小小二极管往往发挥出巨大的作用。

“总的说来，如果电源设计中采用我们的PFC二极管，则可以将整个电源系统的效率提升0.5到2个百分点。”Qspeed半导体总裁兼CEO Mike Heitzman在接受采访时指出，“此外，因为Qspeed的二极管提升了电源系统效率，所以设计师在后级设计中可以采用更小的MOSFET以及更小尺寸的散热片，这有利于降低电源系统的总成本。”

我们都知道，在当今的电气设备中,功率半导体和电抗式元件（电容和电感）随处可见，它们在正常工作过程中会降低系统的功率因数，造成不必要是损耗、失真和噪声。为了降低损耗就需要提高功率因数，而实现功率因数补偿最简单、最划算的一种方法就是使用增强-转换电路（如图1所示），这种电路能够产生比输入电压更高的输出电压。这时就需要MOSFET和二极管来完成功率因数补偿，其中二极管具有相对较高的性能要求，因为它的反向恢复特性会影响MOSFET的性能。

图1 实现功率因数补偿最简单、最划算的一种方法就是使用能够产生比输入电压更高的输出电压的增强-转换电路

连续导通模式下，每当控制IC打开MOSFET时，二极管就会产生一个较高的正向电流。由于增强二极管在完全正向偏置的情况下会发生快速反偏，并且硅二极管的关闭需要一定的时间，因此在二极管关闭时流回二极管的反向恢复电流（IRR）就会非常大（参见图2中的红色曲线）。

图2 常见增强二极管（400V、5A、200A/μs、125℃）的反向恢复波形

图3 二极管开关对MOSFET的影响

图4 Qspeed二极管有很低谐波成分。

“这时我们需要反向恢复电荷(QRR)很低的二极管，它可以产生较低的EMI辐射。”Qspeed亚洲区业务总监林智贤指出。“我们的PFC二极管因为采用独特结构所以有很低的QRR。”

Mike Heitzman指出Qspeed二极管采用了混合肖特基二极管和PN结的构造，因此器件具有两种架构的优势。“我们采用硅基技术，创新性利用传统材料和工艺提升了产品性能能，目前在降低二极管QRR方面，很多公司寻求新材料，例如SiC，采用这样新材料的二极管虽然有好的特性，但是成本比硅二极管高很多。”他指出，“而Qspeed的二极管虽然采用硅材料但是性能上与SiC二极管相差不多，成本上却低很多。”

图5 Qspeed二极管采用了混合肖特基二极管和PN结的构造

目前，电源厂商面临非常多且矛盾的压力，例如要提高功率密度提高可靠性但是要降低成本降低EMI问题缩小体积等等。“过去5年，每瓦功率价格下降了25％！而自90年以来PC图形处理功耗却增加了10倍！厂商需要在性能价格体积方面进行折衷。”他强调，“而Qspeed可以提供兼得系统效率、功率密度、成本与可靠性的最佳方案。”

下图说明了Qspeed如何从系统效率、功率密度、成本等方面满足用户的需求。

图6 改善系统效率

图7 提升功率密度

图8 降低成本

图9 提升系统可靠性

Qspeed的PFC二极管主要用于计算、工业、通信以及消费电子产品，目前全球一线电源厂商都有采用Qspeed的产品。目前Qspeed已经推出了X系列、Q系列和H系列产品，它们分别瞄准不同的功率级别。

图10 Qspeed产品规划

“H系列是Qspeed最新一代产品，拥有更低的QRR、VF和热阻抗，当然，H系列也扩展了Qspeed在PFC硅二极管的领导地位。”Mike强调，“当然，我们也在关注SiC技术的发展，一旦这个技术成熟，我们也会加入。”