如何選擇降壓轉換器二極管的 9 個因素

在降壓轉換器的設計中，二極管是極為重要的組成部分。與需要控制開關的開關元件不同，二極管不需要額外的控制開關就能實現其功能。下面將詳細闡述選擇降壓轉換器二極管時需要考慮的 9 個關鍵因素。

正向電流額定值

在降壓轉換器的工作過程中，當開關關閉時，二極管才會導通，因此它也被稱為續流二極管。此時，二極管中的電流呈現梯形變化。我們可以參考相關的電流波形來更直觀地了解這一現象。

[此處插入正向電流波形圖片]

從波形中能夠清晰地看到，只有當 PWM（脈沖寬度調制）處于關閉狀態時，電流才會存在。在選擇二極管時，其有效電流必須考慮整個開關周期。例如，通過對降壓轉換器二極管波形進行計算，得出 RMS（均方根）值為 10A。為了確保二極管的可靠性和穩定性，我們需要選擇能夠承受該電流并且留有大量余量的二極管。一般來說，將電流余量設置為 60% 較為合適。對于 10A 的電流，二極管的額定電流至少應為 17A。這是因為在實際工作中，電路可能會出現瞬間的電流波動，如果二極管的額定電流過小，就容易導致二極管損壞，從而影響整個降壓轉換器的正常工作。

峰值正向電流

有些數據手冊中，也將其稱為重復峰值正向電流。這一參數表示二極管在給定時間內能夠承受的電流。

[此處插入峰值正向電流波形圖片]

在實際應用中，如下面綠色電流波形所示，其峰值不能超過數據手冊上規定的值。如果超過該值，二極管可能會因為過熱而損壞，進而導致整個電路出現故障。所以，在選擇二極管時，一定要仔細查看其數據手冊，確保所選二極管的峰值正向電流參數能夠滿足電路的要求。

額定電壓

額定電壓是選擇降壓轉換器二極管時需要考慮的另一個重要參數。在選擇過程中，施加在二極管上的電壓絕不能超過其額定電壓。

[此處插入額定電壓相關圖片]

當二極管處于不導通狀態時，其兩端的電壓會很高。在降壓轉換器的理想情況下，二極管所承受的電壓僅僅是輸入電壓 VIN 的電平。然而，在實際的開關轉換器中，存在著寄生元件，這些寄生元件會在二極管兩端產生電壓尖峰，從而使二極管承受的電壓高于理想情況。由于尖峰因子難以準確預測，為了確保二極管的安全可靠運行，我們通常將二極管的額定電壓選擇為理想電壓的 2 倍。例如，如果輸入電壓 Uin 為 24V，那么我們應該選擇額定電壓為 48V 的二極管。這樣可以在一定程度上避免因電壓尖峰導致二極管損壞的情況發生。

正向電壓

建議選擇正向壓降非常小的二極管。正向電壓與二極管的傳導損耗或靜態功耗成正比關系。傳導損耗實際上就是正向電流與正向電壓的乘積。也就是說，正向電壓越小，二極管的功率損耗就越小。

在降壓轉換器中，較小的正向壓降是理想的選擇，因為它可以提高整個轉換器的效率。當正向電壓較小時，二極管在導通時消耗的功率就會減少，從而減少了能量的浪費，提高了系統的整體性能。例如，在一些對效率要求較高的應用中，選擇正向壓降小的二極管可以顯著降低系統的功耗，延長電池的使用壽命。

額定功耗或額定功率

額定功率體現了二極管處理功耗的能力，而功耗會產生熱量。大多數數據手冊提供的是在標稱環境溫度（25℃）下的額定功率。

當二極管的工作溫度高于標稱環境溫度時，其功耗也會相應發生變化。所謂的降額功耗是結溫、環境溫度或者外殼溫度以及熱阻的函數。具體的計算公式如下：

降額功率 = (Tjmax – Tambient) / Rthja

或者

降額功率 = (Tjmax – Tcase) / Rthjc

其中，Tjmax 表示結溫，Tambient 表示環境溫度，Tcase 表示外殼溫度，Rthja 表示結到環境的熱阻，Rthjc 表示結到外殼的熱阻。在實際應用中，我們需要根據具體的工作環境和溫度條件，通過這些公式來計算二極管的降額功率，從而確保二極管在安全的功率范圍內工作。

結溫

結溫較高的二極管能夠承受更多的熱量。例如，結溫為 175℃的二極管相比結溫為 150℃的二極管具有更好的性能。結溫與二極管耗散的功率之間存在著密切的關系，結溫越高，二極管的功耗就越高。

在選擇二極管時，我們應該優先選擇結溫較高的二極管，以確保其在高溫環境下能夠正常工作。特別是在一些散熱條件較差或者功率較大的應用中，選擇高結溫的二極管可以有效避免因溫度過高導致二極管損壞的問題，提高系統的可靠性和穩定性。

熱阻

理想情況下，我們希望二極管的熱阻越小越好。熱阻在計算二極管的降額功率或者在已知實際功耗的情況下計算等效結溫時起著重要的作用。

熱阻可以分為結到環境（Rthja）和結到外殼（Rthjc）兩種類型。我們可以通過查看二極管的數據手冊來獲取這些參數。較小的熱阻意味著二極管能夠更有效地將熱量散發出去，從而降低結溫，減少功耗，提高二極管的性能和可靠性。例如，在一些對散熱要求較高的應用中，選擇熱阻小的二極管可以大大提高系統的散熱效率，延長系統的使用壽命。

反向恢復時間

反向恢復時間是指當二極管從導通狀態切換到截止狀態時，將二極管兩端的寄生電容放電所需的時間。在降壓轉換器中，二極管會不斷地改變狀態（導通和截止），因此反向恢復時間是一個非常重要的參數。

[此處插入反向恢復時間相關圖片]

當二極管處于導通狀態時，有電流流過，會產生傳導損耗或者靜態功耗。而當二極管處于關閉或者反向偏置狀態時，理論上沒有電流流過，功率損耗為零。然而，由于寄生電容的存在，會有電流流向寄生電容，從而產生開關損耗。

開關損耗的存在會增加總的功率耗散。因此，較小的反向恢復時間是化開關損耗的理想選擇。在實際應用中，選擇反向恢復時間短的二極管可以有效降低開關損耗，提高降壓轉換器的效率。例如，在一些高頻開關的應用中，短反向恢復時間的二極管可以顯著提高系統的性能。

封裝

在選擇二極管時，封裝也是一個需要考慮的重要因素。我們可以選擇 THT（通孔安裝）二極管，也可以選擇 SMD（表面貼裝）二極管。

如果需要安裝散熱器來提高二極管的散熱性能，那么選擇 THT 二極管是一個不錯的選擇。THT 二極管通常具有較大的引腳和外殼，便于安裝散熱器，能夠更好地將熱量散發出去。而 SMD 二極管則具有體積小、重量輕、適合高密度安裝等優點，在一些對空間要求較高的應用中更為適用。我們需要根據具體的應用場景和需求來選擇合適封裝的二極管。