功率二极管在电源里的 损耗分析和选型原则.pptx

功率二极管在电源里的 损耗分析和选型原则目录01二极管损耗分析02应用实例1，Flyback电源电路二极管损耗分析03应用实例2，BOOST电路二极管损耗分析0405011通态损耗Pc2截止损耗Pb3开关损耗Ps总损耗PD=Pc+Pb+Ps021通态损耗Pc图1 二极管VF-IF特性1TTVF ?t ?IF ?t ?dt?01通态损耗PcPc计算: 以二极管电流iF（t）为周期三角波为例，计算Pc。图2 周期三角波其中：Ton ：二极管导通时间T ：电流周期 IP：峰值电流 IF（AV）：平均电流规定：占空比D=Ton/T 那么，iF(t)=IP(1-t/ton) t=0-toniF(t)=0 t=ton-T下面我们来看看VF-IF的关系实际VF- IF曲线拟合后的VF-IF曲线 曲线斜率为rD图3 实际二极管VF-IF特性如上图的VF-IF特性，可以把该曲线近似为直线。曲线的斜率为rD，即二极管 的动态内阻，VF0为二极管起始电压。那 么 ：VF（t)=VF0+rD×iF(t) 二极管在一个周期内的损耗1T1 TPc==?T ?VF (t)iF (t)dt（VF 0 ? rDiF )iFdtT 001=V ×TiFdt0T＋r × 1T ??(iF ? iF )dtF0DT 01TT?iFdt0T?(iF ? iF )dt0D / 3D / 3D / 31通态损耗PcVF0、rD的计算举例：rD:在电流较大时（≥1A），VF-IF曲线可近似看做为直线。rD一般只有几毫 欧到几十毫欧。可以通过VF-IF曲线近似计算rD。如：对于晶恒的JF SR5100SL，5A100V SUPER Low VF SKY DIODE。 各电流下的VF为，6A:0.57V，5A:0.54V，4A:0.51V，3A:0.48V，2A:0.44V，1A:0.40V 。rD =Δ VF/Δ IF ≈ (0.54-0.44)/(5-2) =0.033(Ω)=33mΩ VF0: 以Io=3A,VF=0.48V,计算VF0=VF-rD×Io=0.48-0.033×3≈0.38V由此可见，当输出电流较大时，rD的影响还是很大的。2截止损耗Pb对于Pb，关注高温下肖特基类二极管的情况。3开关损耗Ps定义：二极管执行开和关动作时产生的损耗。由两部分组成，是二极管从截止状态到导通状态时的开通损耗Pon；是二极管从导通状态到反向截止状态时的关断损耗Poff。而Poff又由二极管关断时ta反向恢复期间损耗Poffa和tb反向恢复期间损耗Poffb两部分组成。公式： Ps=Pon+Poff=Pon+Poffa+Poffb≈Pon+Poffb备注：Pon=1/2×IF(AV)×（VFR-VF）×tfr/Ts Poffa=1/2×VF(AV)×IRRM×ta/Ts（通过后面分析，该项可省略） Poffb=1/4×VRR×IRRM×tb/Ts各参数定义后续说明。3开关损耗Ps公式说明：图4 典型二极管开关导通和关断特性我们由图4的二极管开关特性来推导开通和关断损耗。备注：tfr：正向电压恢复时间 VFR：正向恢复最大电压 VF：平均电流下的正向压降diF/dt：在开通和关断时的电流变化率（由外电路决定，假设相等）trr：反向恢复时间 IRRM：最大反向恢复电流 VRR：反向恢复电压 Qrr：存储电荷1开通损耗Pon把图2，开通过程的电流和电压波形进行理想化处理，得到图3的波形。开通 损耗图3 二极管开通时电压和电流理想波形Pon=1/2×IF×（VFR-VF）×tfr/Ts其中，Ts为主开关管开关周期。2关断损耗Poff把图2的关断时刻电流和电压波形理想化处理，得到图4的波形。ta：电流过零点到最大反向电流IRRM的时间。扫除存 储电荷的时间。tb：从IRRM到经过0.9IRRMA点）与0.25IRRM(B点）两 点的直线与电流为零直线的交点直接所对应的时间。 VRR：反向恢复电压。tb/ta：软度因子。反映二极管反向恢复特性的软硬 程度。图4 二极管关断特性假设：在ta阶段反向电流IR线性增加，最大值为IRRM；在tb期间IR线性减小到零，二极管上电压在tb时刻才开始线性上升，最大值为VRR。ta期间的损耗（一个周期）为：VFtbPoffa==1/2×V ×I×ta/Ts?iRdtF RRMT0tb期间的损耗计算（一个周期）为：1 tbPoffb= T?0 iR(t)VR(t)dt =1/4×VRR×IRRM×tb/Ts注：对于ta期间损耗Poffa，由于ta/Ts在0.005左右，VF/2在1V以下，IRRM在几A到 十几A，损耗一般在10mW以内，所以，关断损耗只计算tb期间的Poffb。3开关损耗Ps的计算开关损耗PS等于开通损耗Pon 和关断