每個開關(guān)電源設(shè)計人員都敏銳地意識到設(shè)計噪聲的必要性，以及效率、電路板空間、成本和開發(fā)時間帶來的拉鋸戰(zhàn)。同步轉(zhuǎn)換器中使用的MOSFET中的體二極管是一個絕佳的免費贈品——它在死區(qū)時間換向期間提供導(dǎo)通路徑。同樣免費的是它產(chǎn)生的噪音，這不是我們想要的那種“免費”。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)閉一個開關(guān)時，都會引入一個死區(qū)時間，以確保第一個開關(guān)在另一個開關(guān)打開之前完全關(guān)閉。在此死區(qū)時間內(nèi)，電流必須不斷流過電感器，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，由于電感的磁場崩潰，電流將繼續(xù)流過電感。這會導(dǎo)致電感兩端的電壓換向（反轉(zhuǎn)），將開關(guān)節(jié)點（VSW）拉低，直到體二極管在Q2打開并傳導(dǎo)。一旦死區(qū)時間過去，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)時間的不幸特性。當(dāng)體二極管最初反向偏置時，電流反向流過二極管。在表示的時間段內(nèi) t一個PN結(jié)中的電荷載流子被掃除。然后在時間 tb反向電流降至零，因為PN結(jié)建立了一個耗盡區(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，這些電壓會對電路中的噪聲產(chǎn)生重大影響。

有幾個因素會影響反向恢復(fù)曲線的特性。最大的因素是體二極管具有固有的長反向恢復(fù)時間。MOSFET 經(jīng)過優(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)，與我們在電力電子中使用的其他二極管相比，反向恢復(fù)速度較慢?；謴?fù)時間也取決于溫度，在較高溫度下會變得更糟。dI 的比率F反向恢復(fù)開始時的/dt主要受電路中的寄生電感的限制，設(shè)計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，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（因為它從未打開過）。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，需要通過從Q1.這看起來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)該如何物理實現(xiàn)？先把理論和跳腳的世界留到實踐中去，我們將從一般指導(dǎo)而不是精確計算的角度來思考。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，因為 MOSFET 遠(yuǎn)高于 25°C。 盡管如此，等式1提供了一些總體趨勢，硬敲大學(xué)的經(jīng)驗也是如此。體二極管噪聲往往最高：

當(dāng)開關(guān)頻率高于300kHz-500kHz時

當(dāng)輸入電壓較高時

當(dāng)MOSFET溫度較高時

頻率在 10 秒到 100 兆赫之間

選擇肖特基二極管時，請注意，它只承載非常短的時間（通常為10s的ns），因此會看到輕熱負(fù)載。一個相對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。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。事實上，有些MOSFET可以集成肖特基二極管，因為寄生電感是有害的。最后，雖然本文以傳統(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