開關電源（SMPS）是現代電子設備中不可或缺的供電方式，其核心特點是高效能、體積小、重量輕。在高頻工作的開關電源中，整流二極管的反向恢復特性直接影響能量損耗和轉換效率。相比普通整流二極管，快恢復二極管（FRD）因其短反向恢復時間（trr）和低開關損耗，成為提升開關電源效率的關鍵元件。本文MDD將探討快恢復二極管在開關電源中的作用及如何優化其應用來提高轉換效率。
1.快恢復二極管在開關電源中的關鍵作用
在開關電源中，二極管通常用于二次側整流或功率因數校正（PFC）。如果選用普通整流二極管（如1N4007），其較長的反向恢復時間（通常為幾微秒級）會造成較大的反向恢復電流（IRR），從而增加功率損耗和電磁干擾（EMI）。
快恢復二極管通過優化半導體結構（如PIN結構），顯著縮短反向恢復時間（通常在50ns~500ns之間），有效降低以下損耗：
?開關損耗：減少二極管從導通到截止的反向恢復電流，提高能效。
?EMI干擾：減小高頻振鈴現象，提高電源穩定性。
?熱損耗：降低二極管在高頻工作時的發熱，提高可靠性。
2.提高轉換效率的優化策略
為了充分發揮快恢復二極管在開關電源中的作用，提高轉換效率，需要從以下幾個方面進行優化：
(1)選擇合適的快恢復二極管
不同的開關電源拓撲對二極管的要求不同，以下是常見的選型參考：
反向耐壓（VRRM）：應比電源輸入電壓高出20%~30%，以防止過壓損壞。
正向導通電壓（VF）：VF越低，導通損耗越小，但可能犧牲部分反向恢復性能。
反向恢復時間（trr）：對于高頻應用（>100kHz），trr建議低于100ns，如UF4007（75ns）、MUR860（50ns）。
封裝類型：大功率應用需選擇良好散熱的封裝，如TO-220、TO-247。
(2)降低二極管反向恢復損耗
使用軟恢復（Soft Recovery）快恢復二極管：如STTH系列，它們能減少電流突變，降低EMI。
優化驅動電路：調整功率MOSFET的開關速度，使二極管的恢復電流與MOSFET的開關動作匹配，減少電流尖峰。
并聯續流電容（Snubber）：減少二極管的寄生振蕩，提高電源的穩定性。
(3)結合同步整流技術
在高效開關電源（如服務器電源、DC-DC變換器）中，可用同步整流（SR）MOSFET替代快恢復二極管，進一步降低導通損耗。對于100kHz以上的高頻電路，可以在同步整流前級仍然使用快恢復二極管，以確保穩定性和可靠性。
3.典型應用案例
?反激式（Flyback）開關電源整流
采用MUR460（4A/600V,trr≈50ns）作為二次側整流，顯著降低開關損耗，比普通整流二極管提高轉換效率3%~5%。
?功率因數校正（PFC）電路
采用HFA08TB60（8A/600V,trr≈25ns），優化高頻二極管損耗，PFC效率提升2%以上。
?DC-DC變換器高頻續流
采用RHRP1560（15A/600V,trr≈35ns），降低能量回饋損耗，減少器件發熱。
所以，快恢復二極管在開關電源中的作用至關重要，它能夠有效減少反向恢復損耗，提高轉換效率，優化電源性能。為了達到最佳效果，設計時需綜合考慮trr、VF、耐壓、電流容量、散熱及驅動匹配等因素。同時，在高效應用中，可以結合同步整流或EMI抑制措施，進一步提升開關電源的性能和可靠性。