反激电源Ⅸ：输出二极管

输出二极管种类

次级绕组输出二极管D1通常选用肖特基二极管，或超快恢复二极管，一是因为这两种二极管反向恢复时间trr短，二是因为这两种二极管正向导通压Vf降小。

如果二极管反向恢复时间trr太长，意味着在二极管两端突然加载反向电压时，由导通状态转变为截止状态的时间很长。在状态转变的过程中，同时存在反向电压和反向电流，而且时间很长，说明会在一个开关周期内出现较大的二极管开关损耗。在反激电源应用上，开关频率越高，且输出二极管的开关损耗越高，则二极管温度越高，电源效率越低。说明反向恢复时间长（100ns以上）的二极管不适合应用在高频开关(100kHz级别)的反激电源上。

再者，过长的反向恢复时间会影响反激电源的高频开关正常工作。假如有反激开关电源的开关频率为200kHz，PWM控制脉冲占空比为50%，那么开关周期为5us，相当于设置输出二极管在一个周期内一半的时间（2.5us）截止，一半的时间（2.5us）导通。假设在此反激电源中输出二极管使用Diotec公司的普通二极管1N4007，根据其数据手册，其典型反向恢复时间为1.5us，说明输出二极管在80%的时间都是导通的，在一个周期导通时间4us(也就是2.5us+1.5us)，这与设计设置的输出二极管导通和截止时间有很大的不同，使得输出电压异常。如果反激电源的开关频率更高，则普通二极管来不及截止，相当于一直导通，则完全失去了二极管反向截止的作用。

另一方面，二极管的导通功率P=If×Vf，其中If是正向导通电流，Vf是正向导通压降。可知当输出电流Io一定情况下，二极管正向导通电流If=输出电流Io，二极管正向导通压降Vf越小，二极管的导通功率越小，也就是说二极管的损耗越小。

综合来看，反激电源的开关频率高，所以输出二极管应该选用超快恢复二极管或肖特基二极管，这样可以避免反向恢复时间影响输出二极管的正常导通或截止动作，而较低的正向导通压降也有利于提高电源的效率。

二极管的反向恢复

所谓二极管的反向恢复，指的是二极管在导通状态加载反向电压，二极管恢复至完全截止状态的过程。这是二极管的本身特性，至于反向恢复的形成机理，从应用的角度来说我觉得不必深究。

下图对比了肖特基二极管和整流二极管反向恢复电流曲线，在图中我另外补充了二极管加载电压方向和电流大小、方向，if表示二极管正向导通电流，ir表示二极管反向导通电流。整个反向恢复过程，如图所示，初始时刻二极管加载正向电压，二极管正向导通电流，从第二时刻开始，二极管加载反向电压，二极管正向电流快速降至0，二极管反向导通电流先增大后减小，直至二极管完全截止，也就是二极管电流为0。从正向电流为0到反向电流第二次达到反向电流最大值×0.25的时间长度，称之为二极管反向恢复时间trr。

从上图中，也可以看出肖特基二极管的反向恢复时间比整流二极管要短得多，将反向恢复的电流曲线与时间轴围成的形状近似成长方形，由反向恢复损耗W=Vr×IR×trr，其中Vr是二极管反向电压，IR是反向电流最大值，trr是反向恢复时间。所以肖特基二极管的反向恢复损耗要更低，产生的热量更小。

二极管的反向耐压

当MOS管导通时，变压器初级绕组感应电压为上正下负，次级绕组感应电压为上负下正，输出二极管D1此时承受反向耐压。二极管D1阳极电压为Vo，阴极电压为-Vin/n，其中Vin是输入电压，n是初级绕组与次级绕组的匝数比。那么二极管实际承受的反向耐压Vr=Vo+Vin/n，为求Vr最大值，

那么计算时输出电压Vo、输入电压Vin应该取最大值。

在实际应用中需预留一定余量，选型时二极管反向耐压VR推荐取值大于1.4倍Vr。

二极管的电流降额

根据反激电源的输出功率和输出电压，可以计算出输出电流，在进行输出二极管选型时，考虑到二极管在高温时其正向导通电流能力会下降，所以可以按照3~5倍输出电流来选择输出二极管。