回想刚入行跟老师傅学搞电源的时候，在打样之前他都会严格要求我做详细的计算，其实要我算波形都还好搞，但是遇到损耗温升还有效率这种问题我就犯了难。因为这东西太抽象，那么我今天就做一个违背老师傅的决定，教一教各位新手朋友如何在设计阶段，只看datasheet手撕二极管温升。

1. 欧姆定律？

关于欧姆定律大家都心知肚明了U=I*R。但是一旦把知识域展开我们就不能再叫他欧姆定律了，他得叫电路欧姆定律。为什么呢？因为当我们拓展到磁路中有磁路中的欧姆定律F=ø/Rm，磁动势等于磁通量比磁阻。那么在热学中也有类似的公式，ΔT=P*Rth，温升等于功率乘以热阻。这个公式的引入非常完美地将电气参数连接到温度域当中，可以说是今天手撕温升的基石。

1. 二极管的功率

在开关电源中不管是什么拓扑，管子的功率P（也就是常说的损耗）一定是有以下四个部分组成：导通损耗、开关损耗、关断损耗和反向恢复损耗，如果是MOS管的话会多一个驱动损耗。无论怎么讲这里面的大头是导通损耗和开关损耗之和，这两者基本能占总损耗的95%以上。接下来从大到小拆解计算：

1. 1. 导通损耗

作为两大损耗巨头之一，导通损耗一般要比开关损耗好算得多，只需要根据基本公式计算P=UI即可。新手朋友如果不知道具体应用的，就要先搞清楚损耗产生的原理，为什么电流流过二极管时会产生损耗？如果是理想二极管，导通压降严格为0 ，那我们说这个二极管的导通损耗一定为0 ，因为P=UI=0*I=0W。所以导通损耗说成大白话就是流过二极管的电流与管子压降乘积，也就是：

式中P为一段时间t内的平均功率，p(t)、u(t) 、i(t)分别为瞬时功率电压和电流。

为什么要用瞬时值？我们假设某二极管的电流为40A，有的工程师规格书一查上面写着二极管正向导通压降0.2V，然后跟我说40A*0.2A=8W，二极管的导通损耗是8W，我只能说你大错特错，你不是我们的家人……

错在哪？

错在二极管的正向压降Vf是和温度T与电流I的二元函数Vf（T，I），规格书里写的只是一个典型值，二极管的压降不可能恒定不变。怎么证明我说的是对的呢？可以打开一个二极管规格书找一找Vf-If曲线：

这里我随便截取了一个SiC管子的Vf-If曲线，纵轴是电流横轴是压降，可以发现Vf是随着电流和温度变化的一个曲面。既然是曲面就一定可以通过公式表达出来，但二极管厂家可不会管这些，只能靠我们自己了。在这里就教大伙两招计算损耗，一招基础一招进阶，丰俭由人：

1. 1. 1. 简单模拟

大家评估损耗说到底还是为了在设计阶段进行正确选型，怕就怕选了管子打样回来发现温升超标炸管子，那我算损耗多留点余量还不行吗？打完样我在实测余量多少再综合成本等因素调整。所以我们看前面的图发现在同样的电流下，温度越高我的Vf越大，导通损耗越大，假设我的使用环境是85摄氏度，我就假设管子是125度，选取这一条曲线进行计算。选完曲线我们就提取曲线上面的点，在通过EXCEL来拟合Vf公式：

通过EXCEL聪明滴计算，我们得到一个多项式拟合，其实对于线性度比较好的曲线用线性拟合也是个不错的选择，但是在小电流的时候就不太准确了。好，回头看我们多项式拟合公式：

有了这个公式就是我们的倚天剑屠龙刀，它可以大幅提升我们导通损耗的计算准确率。我们借助Mathcad功率假设一个电流波形，然后利用这个Vf的拟合公式对比看看差异：

可以看到如果我们用拟合公式对瞬时功率做积分求得的导通损耗为60W左右，而利用平均电流和平均电压乘积计算的损耗相差了20%左右，可以说误差非常大！

1. 1. 1. 进阶模拟

学习完假简单模拟相信你一定对损耗计算有了一个比较初步的认识了，但是我想告诉你的是前面用瞬时功率做积分的方法仍然不够完善。还记得我们前文说过的：二极管的正向压降Vf是和温度T与电流I的二元函数Vf（T，I）。损耗产生导致温度上升一定会导致Vf变化，前面我们为了留出余量直接假设125℃来进行计算得到60W，但是60W是不是也有误差？答案是肯定的，这个时候我们就需要引入温度T的影响了。扒一扒二极管Vf的底层物理描述：

到了这一步我们同样可以提取规格书中的Vf-If曲线中的点然后利用数学工具拟合出Vf的曲面公式，再次带入计算即可得到Vf，但这种方法难以通过mathcad计算，我们调整战术借助plecs并搭建模型：

在这里我们进入二极管的热模型并且把规格书的曲线导入到仿真当中：

在这个页面我们进入conductloss页面，即导通损耗页面。只需要导入前面在规格书中截取的曲线即可，然后我们注意横轴是电流If，纵轴是Vf，我们可以点击右侧小窗口最下面的“Mirror axes”把我们前面截取的图片翻转，此时我们只需要添加我们想要的温度和电流点即可，温度一般是规格书有什么就加什么，比如这里是25、75、125和175，电流点取自己方便设置的即可，建议在工作区域附近要密集一点，比如这里二极管的工作电流是30A左右，选点时尽量在30A附近多取几个更精准。

大家唯一要注意的是PLECS默认温度单位是开尔文！所以大家按照我截图中来设置会发现仿真损耗会远大于前面mathcad计算出来的损耗，这是因为25K对应是-248℃，另外plecs会自动根据现有数据拟合其他温度或电流点的电压Vf，也就是说软件会自动计算25℃下的Vf，而这个值会大很多。所以正确设置应该是在黑框中输入对应开氏温度值：

此时我们观察仿真波形看波形和损耗：

这三个波形分别是二极管的电流A、二极管的温度℃、二极管的导通损耗W。受限看波形整体，随着二极管温度的爬升其正向压降也在变大，损耗也是逐渐变大，最后温度稳定在110℃左右，导通损耗也稳定在52W左右。

可以发现进阶模拟的方法优点还是很多的，首先可以直接导入规格书的曲线由plecs自己计算不同电流温度下的Vf，另外通过仿真可以直接计算出管子的最终温度这也是Mathcad比较难获取到的一个最终信息。当然了这里是为了分析技术选的一个特例来描述，如果是现实中kw级项目，大家算到导通损耗60W时大概率就可以淘汰这个方案了，需要马上更新方案或者是采用并管方案，因为60W的导通损耗在加上开关损耗一个大头，非常容易炸管。我们可以再试试两并管仿真数据：

三个波形：二极管的电流A、二极管的温度℃、二极管的导通损耗W。最后温度稳定在105℃左右，导通损耗也稳定在17W左右。

 

关于开关损耗、关断损耗以及反向恢复等等下期补充。