电脑开关电源不为人知的秘密之二开关电源所用整流的差异

近期JS和广告王在论坛吹什么滚蛋王、烂热管（文章后面会解释为什么小朋友叫它做烂热管）好似小了，但忽悠我们消费者，远不止那么一点点，除了电容外，还有很多很多，这一期我们先来了解影响整机的效率最大————整流。
 
    首先给大家先看看图片，看吓以下图片的整流电路有什么不同先！(有两张图片是引用版主）
 

上图都是两个300W的开关电源，细心的朋友可会发现两图的整流散热片体积相差太大了，难道是“缩水”，非也、非也！

那么究竟是何原因呢，下面小朋友带大家从零开始，一步一个脚印学习、理解开关电源所用整流电路的差异

大家都知道，对于开关电源，在次级必然要有一个整流输出的过程。
 
作为整流电路的主要元件，通常用的是整流二极管，而后期技术的发展，出现效率更高的同步整流。
 
下面，首先我们先来学习吓，什么叫整流二极管。
 
整流二极管，是一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。其结构如图下图所示。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V）,称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。

 
整流二极管具有明显的单向导电性,整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（最大可达上千安），但工作频率不高，一般在数千Hz以下工作。
 
而在开关电源中，最低的半桥都达到33KHz，而双管正激的开关频率更是达到66KHz或更高的频率下工作，对于普通的整流管是不能正常工作，因此，我们开关电源要用到快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）来完成整流工作。
 
在开关电源中，利用整流二极管的单向导电特性，它可以理解为一种被动式器件：只要有足够的正向电压它就开通，而不需要另外的控制电路。但其导通压降较高，快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达0.8～1.2V。
 
但这类整流管的损耗是相当的大的。因此，开关电源要使用低压降的肖特基二极管（SBD），

肖特基二极管是以其发明人华特?肖特基博士（Walter Hermann Schottky，1886年7月23日—1976年3月4日）命名的，SBD是肖特基势垒二极管
 

（Schottky Barrier Diode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 

肖特基二极管是大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），这类整流管也会产生大约0.3~0.6V的压降，比快恢复整流管低一个数量级，但肖特基二极管有一个显著的缺点，就是反向耐压低，一般在60V以下较多，（近几年，SBD已取得了突破性的进展，150V和 200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的超过1kV的SBD也研制成功，但这类整流管导通压降会明显增加）。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。
 
在过往的开关电源中，由于12V输出电流较小（小于8A）再加上高反压的肖特基还未面世或价格太高，所以一般是3.3V和5V用肖特基整流，而12V用快恢复二极管整流，随着电脑功耗的增加，12V电流不断增大，二三线电源厂家没有研发能力，只会增大整流管的电流或用两个并联，这样就造成开关电源效率低下的直接原因，而一线的电源厂家也是从最近才将半桥电源的12V用的快恢复整流管换上高反压的肖特基整流管，这样效率可以轻易从66%提高到74%左右，但一些三线百元电源到现在12V仍然还是使用快恢复整流管进行整流。
 
上面说得太多了，可能很多水友看到头都晕了，实践是检验真现的唯一标准，下面以实践来验证一下。
下图是最常用的工频整流管IN5404。

开关电源拆下的共阳快恢复整流管。

开关电源拆下的共阳肖特基整流管。

因在一般条件下，整流管的损耗很难单独测出，小朋友在这里只能测整流管损耗最大的部分——导通损耗（压降）！
为提高实验的准确性，选用一个恒压恒流电源给整流管通过恒定的电流，再外加一个4位半数字万用表测出整流管的压降。

首先上场的是一般常用的工频整流管IN5404，最大电流4A！

 

当通过3A电流时，整流管温度相当高，4A电流不敢测试！
 
接着上场的是快恢复整流管。
 
为提高通过电流，给它上个散热器！
 

最后上场的是肖特基二极管！

    为方便阅读，小朋友列了个图表。
 

从上表中可以看出，快恢复二极管速度是比普通工频整流管提高了，但导通压降也相应提高，换上肖特基整流管后，整流管的损耗降低了60%，（因测试条件的限制，最大只能测到5A，但即使在10A下，损耗基本都是成正比）
   而现在一个300W输出的主流电源当中，12V往往占用200W以上，输出电流在18A左右，如果用快恢复二极管整流的话估算都要损耗18W以上的，而肖特基整流管损耗估算只有8W左右。

后续参见http://itbbs.pconline.com.cn/diy/14737922.html