每個(gè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)人員都敏銳地意識(shí)到設(shè)計(jì)噪聲的必要性，以及效率、電路板空間、成本和開發(fā)時(shí)間帶來(lái)的拉鋸戰(zhàn)。同步轉(zhuǎn)換器中使用的MOSFET中的體二極管是一個(gè)絕佳的免費(fèi)贈(zèng)品——它在死區(qū)時(shí)間換向期間提供導(dǎo)通路徑。同樣免費(fèi)的是它產(chǎn)生的噪音，這不是我們想要的那種“免費(fèi)”。讓我們看看發(fā)生了什么，探索小型肖特基二極管如何幫助最小化噪聲，并了解這種技術(shù)何時(shí)以及如何提供幫助。

圖1.傳統(tǒng)降壓穩(wěn)壓器拓?fù)鋱D

圖2.降壓控制器開關(guān)周期示意圖

標(biāo)準(zhǔn)降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)淙鐖D1所示。有關(guān)其工作的詳細(xì)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器教程，開關(guān)周期視圖如圖2所示。每次關(guān)閉一個(gè)開關(guān)時(shí)，都會(huì)引入一個(gè)死區(qū)時(shí)間，以確保第一個(gè)開關(guān)在另一個(gè)開關(guān)打開之前完全關(guān)閉。在此死區(qū)時(shí)間內(nèi)，電流必須不斷流過(guò)電感器，而該電流路徑由內(nèi)置于MOSFET Q中的所謂體二極管提供。2.在這短暫的時(shí)間里，有很多事情要做，尤其是在Q1打開，這就是額外的噪音發(fā)揮作用的地方。

圖3.體二極管反向恢復(fù)電流曲線圖

圖 3 從 Q 之后放大2直到 Q 之后才關(guān)閉1打開。當(dāng) Q2關(guān)閉時(shí)，由于電感的磁場(chǎng)崩潰，電流將繼續(xù)流過(guò)電感。這會(huì)導(dǎo)致電感兩端的電壓換向（反轉(zhuǎn)），將開關(guān)節(jié)點(diǎn)（VSW）拉低，直到體二極管在Q2打開并傳導(dǎo)。一旦死區(qū)時(shí)間過(guò)去，Q1已打開。這導(dǎo)致體二極管在Q2變得反向偏向。體二極管是PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)，因此具有反向恢復(fù)時(shí)間的不幸特性。當(dāng)體二極管最初反向偏置時(shí)，電流反向流過(guò)二極管。在表示的時(shí)間段內(nèi) t一個(gè)PN結(jié)中的電荷載流子被掃除。然后在時(shí)間 tb反向電流降至零，因?yàn)镻N結(jié)建立了一個(gè)耗盡區(qū)域，可以阻止反向偏置。在 t 期間發(fā)生的電流脈沖RR在寄生電容和電感中感應(yīng)電壓，這些電壓會(huì)對(duì)電路中的噪聲產(chǎn)生重大影響。

有幾個(gè)因素會(huì)影響反向恢復(fù)曲線的特性。最大的因素是體二極管具有固有的長(zhǎng)反向恢復(fù)時(shí)間。MOSFET 經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可降低柵極電荷和導(dǎo)通電阻;它們的體二極管是寄生PN結(jié)構(gòu)，與我們?cè)?a target="_blank">電力電子中使用的其他二極管相比，反向恢復(fù)速度較慢。恢復(fù)時(shí)間也取決于溫度，在較高溫度下會(huì)變得更糟。dI 的比率F反向恢復(fù)開始時(shí)的/dt主要受電路中的寄生電感的限制，設(shè)計(jì)人員試圖將其降至最低。較低的寄生電感導(dǎo)致較高的dIF/dt，這導(dǎo)致更高的 |我R，最大|.我們幾乎無(wú)法改善這些因素，因此我們要么接受額外的噪聲，要么從工具箱中取出更好的二極管。

圖4.添加肖特基二極管D的傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器示意圖S

我們工具箱中更好的二極管是肖特基二極管（DS） 與 MOSFET 的體二極管并聯(lián)放置，如圖 4 所示。肖特基二極管具有較低的正向電壓，因此當(dāng)電感換向時(shí)，它而不是體二極管導(dǎo)通。Q 之后1導(dǎo)通，反向偏置 Q2，體二極管已經(jīng)關(guān)閉（因?yàn)樗鼜奈创蜷_過(guò)）。肖特基二極管由金屬-半導(dǎo)體結(jié)而不是PN結(jié)制成，并立即關(guān)閉。肖特基二極管中有少量結(jié)電容，需要通過(guò)從Q1.這看起來(lái)類似于體二極管的反向恢復(fù)，但幅度較小。

這留下了一些懸而未決的問題：我們何時(shí)需要考慮減輕體二極管噪聲，如何選擇合適的二極管，以及應(yīng)該如何物理實(shí)現(xiàn)？先把理論和跳腳的世界留到實(shí)踐中去，我們將從一般指導(dǎo)而不是精確計(jì)算的角度來(lái)思考。導(dǎo)致反向恢復(fù)期間功耗的因素可以提供一些見解，由下式給出：

PRR = QRR x VIN x fSW （1）

其中 PRR是以瓦特為單位的功率，QRR是以庫(kù)侖為單位的體二極管反向恢復(fù)電荷，fSW是以赫茲為單位的開關(guān)頻率。QRR可以在MOSFET數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到，但通常在室溫和特定dI下指定F/dt，這可能與您的特定條件不匹配。例如，QRR可能是指定值的 2.5 倍，因?yàn)?MOSFET 遠(yuǎn)高于 25°C。 盡管如此，等式1提供了一些總體趨勢(shì)，硬敲大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)也是如此。體二極管噪聲往往最高：

當(dāng)開關(guān)頻率高于300kHz-500kHz時(shí)

當(dāng)輸入電壓較高時(shí)

當(dāng)MOSFET溫度較高時(shí)

頻率在 10 秒到 100 兆赫之間

選擇肖特基二極管時(shí)，請(qǐng)注意，它只承載非常短的時(shí)間（通常為10s的ns），因此會(huì)看到輕熱負(fù)載。一個(gè)相對(duì)較小的二極管就足夠了。盡可能低的引線電感是肖特基二極管選擇的優(yōu)先事項(xiàng)。最好采用扁平引線的小型表面貼裝封裝。二極管應(yīng)盡可能靠近MOSFET放置，以盡量減少兩者之間的寄生電感。事實(shí)上，有些MOSFET可以集成肖特基二極管，因?yàn)榧纳姼惺怯泻Φ摹Ｗ詈螅m然本文以傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)錇槔@些概念同樣適用于其他開關(guān)轉(zhuǎn)換器類型。

審核編輯：郭婷