开关电源损耗之二极管的功率损耗分析-KIA MOS管
二极管的功率损耗
二极管作为开关元件，MOSFET 导通时二极管无电流流过，断开时电流流经回路2。因此，二极管的功率损耗同样由传导损耗和开关损耗组成。
二极管的传导损耗
二极管的传导损耗则在很大程度上取决于正向导通电压(VF)。二极管通常比 MOSFET 损耗更大，二极管损耗与正向电流、VF 和导通时间成正比。
由于 MOSFET 断开时二极管导通，二极管的传导损耗(PCOND(DIODE))近似为：
PCOND(DIODE) = IDIODE(ON) * VF * (1 – D)
式中，IDIODE(ON)为二极管导通期间的平均电流。
二极管导通期间的平均电流为 IOUT，因此，对于 Buck 变换器，PCOND(DIODE)可以按照下式估算：
PCOND(DIODE) = IOUT * VF * (1 – VOUT/VIN)
与 MOSFET 功耗计算不同，采用平均电流即可得到比较准确的功耗计算结果，因为二极管损耗与 I 成正比。
显然，MOSFET 或二极管的导通时间越长，传导损耗也越大。对于 Buck 变换器，输出电压越低，二极管产生的功耗也越大，因为它处于导通状态的时间越长。
二极管的开关损耗
与 MOSFET 相同，二极管也存在开关损耗。这个损耗很大程度上取决于二极管的反向恢复时间(tRR)，二极管开关损耗发生在二极管从正向导通到反向截止的转换过程。
当反向电压加在二级管两端时，正向导通电流在二极管上产生的累积电荷需要释放，产生反向电流尖峰(IRR(PEAK))，极性与正向导通电流相反，从而造成 V × I 功率损耗，因为反向恢复期内，反向电压和反向电流同时存在于二极管。
下图给出了二极管在反向恢复期间的 PN 结示意图。
图 二极管结反偏时，需要释放正向导通期间的累积电荷，产生峰值电流 IRR(PEAK)
了解了二极管的反向恢复特性，可以由下式估算二极管的开关损耗(PSW(DIODE))：
PSW(DIODE) = 0.5 * VREVERSE * IRR(PEAK) * tRR2 * fS
其中，VREVERSE是二极管的反向偏置电压，IRR(PEAK)是反向恢复电流的峰值，tRR2是从反向电流峰值 IRR(PEAK)到恢复电流为正的时间。
对于 Buck 变换器，当 MOSFET 导通的时候，VIN为 MOSFET 导通时二极管的反向偏置电压。
二极管的传导损耗和开关损耗实测
为了验证二极管损耗计算公式，实测了 Buck 变换器中 PN 结的开关波形，如图所示。
图 Buck 变换器中 PN 结开关二极管的开关波形
具体参数为：VIN = 10V、VOUT =3.3V，测得 IRR(PEAK) = 250mA、IOUT = 500mA、fS = 1MHz、 tRR2 = 28ns、VF = 0.9V。
利用这些数值可以得到：
该结果接近于图所示测量结果 358.7mW。考虑到较大的 VF和较长的二极管导通周期，tRR时间非常短，传导损耗(PSW(DIODE))在二极管损耗中占主导地位。
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