一般人我不会告诉他，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_机箱电源版论坛

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一般人我不会告诉他，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 [复制本帖链接]

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小朋友发表于2011-12-20 09:44:22 只看楼主

用手机泡论坛

电梯直达楼确定

楼主

本主题由狂风于 2011-12-20 10:12:01 设为精华2，原因：好！

    题外话：旧的一年很快过去，小朋友在潜水很长时间后（话说小朋友潜水是因为之前出的文章没人射精，写一编水文，要多长时间，多小精力，没有为钱，只为在这个版里留那么一点点小名气，但精都给了那些不知所谓的烂文章。）得到版主狂风补射和置顶，如果不出来冒个泡，真的对不起广大的水友和版主。今天决定出来写编水文，以感谢版主的置顶。

    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。

已有 5 人评分		评分	理由
弗里曼先生	2012-05-19	+5	学习啦
大头仔	2012-04-12	+10	感谢LZ的讲解~~还需继续请教
饭团特工	2012-01-14	+15	太给力了！
沧海一粟Fall	2011-12-22	+10	好文
狂风	2011-12-20	+50	V5
总评分：90分

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小朋友发表于 2011-12-20 09:44:42 只看该作者

沙发

最后由小朋友于 2011-12-20 10:43:18 修改

但如果要做到好似以下电源那样！！！！

很明显，对于一个750W的电源来说，12V输出达62A，这个电流即使用肖特基整流管也不可能省略了庞大体积的二次侧散热片，更不要说是在几乎无散热片且无风扇下运行。莫非厂家疯了！！！！

非也，而是厂家用了效率更高的同步整流电路！

上图中二次侧虽然看上去和普通电源不同，但作用是同样的，只是使用同步整流而已，而同步整流。

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高电源的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。

在上面提到的电源里，用到四颗MOSFET，IPD036N04L导通电阻仅3.6毫欧，两两并联进一步减小导通电阻，而每一颗可以传输90A的电流。

那么下面我们继续用实验来检验一吓！

因条件限制，只有从过往的主板拆MOS管进行测试！

查有关资料，这只MOS管在10V的栅压下，导通电阻为14毫欧，与IPD036N04L的3.6毫欧相差4倍。

并入一只电容使栅极得到驱动电压而导通！

用10V给电容充电，确保使MOS管导通！

电容充电后，MOS即进入导通状态！

实测这只MOS管在5A的电流下，导通损耗只有0.3W，根本没必要给管子加散热片就可以长期稳定工作。

看来14毫欧的导通电阻厂家还有点保留，实测只有12毫欧。如果换上两只并联的IPD036N04L，它的3.6毫欧再并联，这个真的不敢想象！

从上图中可以看出，MOS管的导通损耗只有快恢复管二极管的6.4%，肖特基二极管的15%。
虽然同步整流电路有如此好的优点，但也有致命的缺点，就是这类同步整流的驱动电路相当的“复杂”，设计不合理，很容易烧机或者引起很大的开关损耗，这样反而是得不偿失。
但随着半导体集成电路的飞速发展，同步整流现在已经不难做到，但对于没有研发实力的二三线电源厂家来说，这个是相当的困难。

最后不得不BS一吓技嘉的电源（本人一直是技嘉主板的粉丝），对于一个电源来说，不好好做好电源“应该做的事”（提高效率），反而在USB联机这些无聊弱智的东西里大花金钱，还不如换上同步整流，这样一个300W的电源风扇根本无须调速（甚至于直接在低负载下停转）！