【原创】电源效率讨论系列一：次级整流二极管的损耗

我先来抛个砖，希望能引到玉。

大功率电源与小功率电源中，次级整流二极管的损耗都是提高效率的一个瓶颈（在此不讨论同步整流，因为同步整流要提高成本），我们如何将整流二极管的损耗降低到一个可接受范围？

大家自然想到加吸收电路，那么问题就来了：

1、什么情况下要加吸收

2、加什么样的吸收？增加电容，增加RC吸收，整流二极管套磁珠，整流电路上串饱和电感

3、什么情况下，吸收才是比较理想的，怎么判断？

那好吧，首先问个问题，二极管的RC sunbber，应该怎么计算设计？

我先说说我的观点：

1，个人认为效率不是绝对的。我刚开始进入电源这个行业的时候，最在乎的就是效率这个指标了。但时间长了，对效率开始变得比较迟钝了。我觉得要从电源的整体指标去看了。电磁兼容、稳定与可靠更重要。特别是对小功率电源来说，效率似乎更不是那么重要。

2，次级整流二极管的损耗主要体现在两个方面，一是导通损耗，二是反向恢复。从导通损耗的角度来看，耐压比较低的二极管，导通压降也比较低。也就是说，选择二极管的时候，耐压在保证够用的情况下，不要选的过高。另外，PN结随着温度上升，压降会降低，那么是不是意味着，在保证二极管结温安全的前提下，不妨让结温维持在比较高的温度，散热不要做的过分的好？二极管开关时，反向电流有两个来源，一是结电容电流，二是反向恢复电流。有时候，为了选择导通损耗低的二极管，过分选择大电流的二极管，反而因为二极管的结电容大，结果二极管反向恢复时，结电容流过的电流也大，从而得不偿失。从PN结的反向恢复来说，当然是选择反向恢复速度快，恢复特性软的二极管比较好。

3，恢复特性造成二极管上有尖峰电压。尖峰电压会导致二极管损坏或EMC不好过。所以有时候是必须加吸收电路的。同样，为了提高效率，尽量用损耗低的电路。

4，从整体来说，小功率场合用的反激电路，就尽量设计在DCM模式，避免反向恢复问题，就可以不加RC了。还有，能用肖特基就不要用快恢复。

5，从变压器设计的角度来看，如果输出电流很大，电压较低，那么用全波整流效率会比用桥式要合理一些。

先谈这些吧。

个人认为RC吸收的本质是转移损耗

由于电容两端的电压不能突变，故可以抑制电压尖峰，而电阻纯粹是一个阻尼振荡的作用

对于计算业界一直不推荐，大都是采用测试法，因为计算出来的跟实际的还是有差异

调试方法记得CMG以前说过，先测量振荡波形，读出振荡频率，然后加C，使振荡频率减半，再计算电路的寄生电容、电感，最后根据振荡电路的特征参数来确定串联电阻的大小，或直接接电阻试验，直到振荡基本消失为准

说得好，果然引来了美玉

提高效率，不是等到产生了尖峰，才考虑怎样去吸收它，而是在设计之初就从各方面去考虑让电路尽量少产生di/dt与du/dt的干扰

当然由于器件本身特性引起的干扰，我们还是有必要去限制

是的，是有类似的计算方法，基本还算合理。

不过对于RC是否是纯粹的转移效率，我为此作过一次实验，RC参数不合理能降低效率，但是合理的RC反而能提升效率。

C越大，会带来越大的损耗，而且当R阻尼不够时，反而会引起严重震荡。但是C太小，吸收尖峰的能力却不够。我翻遍了网上的文章，基本确定方式，就是你上面所说的，测量加计算，再调试的办法。是个折中的选择。

比较通用简单的设计办法是：在没有加吸收之前，测试震荡频率，假如频率是f,那么开始并电容，并了电容震荡频率自然下降，那么并多少电容呢？并了电容C之后让震荡频率变为原来的一半，就是0.5f。

这样就可以根据以上参数算出引起震荡的另外一个参数，电感L。最后取R=（L/C）开根号。

关于RC是否能提升效率，我以前也认为不行，但偶尔有次看了一篇论文，说RC能提高效率。为此，专门找了台电源，做实验，在使用了很多RC参数发现，在某些RC参数下，电源效率确实提高了一丁点。反复实验，证实了这一点，但这参数，并不和上面的方法确定的参数完全吻合。

佩服你对技术的认真态度！

其实我也有过测试，发现把振荡完全压制效率不是最高的，让波形稍微有点振荡，对效率反而有好处

一群旅团长在这讨论的好热烈啊，小小不才，也来凑凑热闹。

就关于 让你记得我的好 大师的观点逐条提出几点疑问（话说你这ID 真长）。

1、效率和功率密度，永远都是衡量一个公司研发水平和工艺水平的一个标杆，无论功率大小。即使小功率，也可以采用调频控制的单管准谐振，对电磁兼容大大好处。

2、第二条是疑问比较多的。按照斑竹的意思，二极管的反向电流有两个：一个是结电容电流，一个是反向恢复电流。那么反向恢复电流从何而来？是因为二极管导电是多子和少子共同参与的，当从整偏转向负偏时，少子要复位。这本身就是内部寄生电场的充放电过程，就因为内部存在寄生电场，所以才会有结电容存在。所以我认为，结电容电流和反向恢复电流，其实是同一个电流。

3、反向恢复特性会造成二极管上有反向的恢复尖峰电流，至于会不会形成尖峰电压，有待讨论。就是说，这个尖峰电压，到底是由变压器次级漏感引起，还是由反向恢复引起？按照斑竹的意思，不存在反向恢复，就不会存在这个反向尖峰。那么，肖特基不存在反向恢复，但这个尖峰电压依然存在。

4、我觉得不能因为反向恢复问题，就采用DCM模式。DCM模式的初级电流尖峰大，造成的铜损大，变压器效率低。所以，一般CCM模式要比DCM模式效率高。鉴于本贴是要讨论效率问题，我觉得反激还是尽量工作在CCM模式比较好。如果是高压小电流输出，那就是DCM模式比较好。

5、低压大电流输出，就用同步整流好了。

兄弟的怀疑精神值得推崇，我越俎代庖一下，代 让你记得我的好 版主回答你的疑问

1、你的看法有点偏激，因为设计任何的产品都是一个矛盾的取舍过程，对于一个成熟有竞争力的电源来说，安规、EMC、尺寸、效率、输入输出参数、保护性能、寿命、可靠性、成本、元器件的通用性、生产的可操作行……，这些都是制约我们设计的因素，所以往往市场上卖得最好的产品，不是某项指标很好的产品，而是综合指标好的产品。你说的准谐振在小功率上应用往往受到成本的制约。

2、我保留意见，回去好好复习下二极管的反向恢复过程。

3、基本同意你的意见，但上面版主说的也没有错误，次级整流管上的反向恢复电压尖峰，跟二极管反向恢复电流有关，跟变压器次级漏感以及布线产生的杂散电感也有关

4、到底CCM与DCM的效率哪个高，这个问题曾经讨论过很多次，到现在都没有定论，我们的讨论要建立在同样的输入输出指标，同样的成本，同样的结构尺寸的基础上。我个人的经验，小功率DCM有优势，功率稍大就可以考虑CCM了。

5、请注意楼顶的条件，同步整流在这里不讨论

上面是个人见解，如有不对，请指教

好，学习一下。

go,go,go!

继续讨论为啥，反向恢复电流会引起电压尖峰呢~~~~~~

我實際上遇到的狀況供大家參考

1. 變壓器設計太爛時,漏感太大,再重的Snubber都收不了

2. Snubber提高效率只針對輕載或空載,畢竟那麼小的東西所佔比例有限

3. 收掉Diode上振鈴是一回事, EMI Radiation又是另一回事,有一次R=10 ~22 ohm在振鈴上差異不大,因為Diode耐壓很足,心想算了隨便放吧,後來EMI Radiation發現22 ohm效果比我使用10 ohm再串Bead Core好多了

是的，有时计算只具有普遍的指导意义，参数还是要以实际调试与测试为准

不过话说回来，在中大功率的电源中，Snubber电路确实有不可替代的作用，因为大功率的电源中di/dt较大，电路的分布电感会让波形产生许多毛刺与尖峰，这个时候加吸收电路就显得非常有必要了。特别是EMI方面，有时调整下RC参数，会收到意想不到的效果。

这个问题问得好，其实以前我也没有认真考虑过，只是觉得有反向恢复电流，就肯定会有反向尖峰电压的.

既然版主提出了这个问题，那么下面我们就来好好的讨论一番。

上图是实际二极管的等效电路模型（图片来源于蔡喧三与张占松的《开关电源原理与设计》），其中D为理想二极管，L为引线电感，Cj为二极管的节电容，Rp为并联电阻（作用表现为二极管的反向漏电流），RS为引线电阻

这个图纸是二极管的反向恢复过程二极管的电压电流变化图纸，其中IF为二极管的正向平均电流，IRm为二极管的反向恢复最大电流，VDF为二极管的正向导通压降，VRm为反向最大电压，VR为稳态反向电压,trr为反向恢复时间

大家可以好好的看下这两个图纸，仔细的思考下反向恢复的过程，然后把自己的理解写出来。

就我所知,在小功率3W手機市場,的確看到些產品往諧振方向達到無初級DRC SNUBBER,無Photo,無TL431...等等的設計,而且已經開始往12W甚至18W設計

總成本已經接近USD:1.0的BOM Cose (含Case Cable 包裝唷)

从上面的图纸我们可以看到，在反向恢复完成之后，二极管的反向电压达到最大

我们知道影响二极管反向恢复的主要参数的是反向恢复电荷Qrr，Qrr主要包含两部分:a、储存电荷（正向导通时储存在高阻区的少数载流子）；b、剩余电荷（正向电流终止后多余的多数及少数载流子）

在上图中，Qrr的计算式为

可以看出，Qrr其实就是trr与时间轴包围的面积。

Qrr还跟结温及结电容有关，结温越高，结电容越大，Qrr也越大

而对于确定的一个二极管来说，结电容就固定了，那么二极管结电容两端的反向电压就为

U=Qrr/Cj

将Qrr=trr*IRm/2代入上式，就得到

U=(trr*IRm)/(2Cj)

由上式我们可以看出，反向恢复电压尖峰与恢复的电流是有关系的，而且这个电压是叠加在变压器初级通过匝比折射过来的电压上的

以上纯粹是个人理解，不对之处请大家指出来

老兄的意思是， 这个反向电压 的尖峰，等于Qrr/Cj？

有待高人来验证

嗯，我不是在灌水，只是为了日后方便查找