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名家分析:buck電路出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題

發(fā)布時(shí)間:2015-08-24 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】本文詳解了buck電路中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰異常的問(wèn)題。本文結(jié)合實(shí)例和電路圖,詳細(xì)分析了buck電路中反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題。本文在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的思維和設(shè)計(jì)。

首先,先從連續(xù)通導(dǎo)的buck電路圖開(kāi)始進(jìn)行。

名家分析:buck電路出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題
圖1

在圖1中,plot1為PWM波形,plot1至plot3是電感電流在CCM模式下的波形。后面我們將對(duì)其中的各個(gè)電路提出相應(yīng)的問(wèn)題,并進(jìn)行解答。

名家分析:buck電路出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題
圖2
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可能有的朋友會(huì)對(duì)圖2產(chǎn)生懷疑,因?yàn)檫@似乎并不是人們所熟悉的二極管續(xù)流等效電路。實(shí)際上,MOSFET斷開(kāi),產(chǎn)生續(xù)流通路,PN結(jié)電荷發(fā)生變化,如將其看成一個(gè)等效電容,則為上負(fù)下正的一個(gè)部件。最終電感電流釋放到谷點(diǎn),谷點(diǎn)末期(0-至0+時(shí)刻)電容替代電感為負(fù)載提供能量,此時(shí)電感還以電磁能方式保存有能量(因?yàn)殡姼腥绻俜烹?,電容的電壓顯然要高過(guò)電感,變成電容還要給電感充能了。但那種現(xiàn)象是不可能的;因?yàn)閂in來(lái)了。如果Vin沒(méi)來(lái),而電感能量繼續(xù)下降到0,不再輸出能量,此時(shí)因?yàn)槎O管和開(kāi)關(guān)的分布電容引起震蕩,但對(duì)于CCM來(lái)說(shuō),震蕩時(shí)間不存在)這個(gè)瞬間過(guò)于太短暫,馬上轉(zhuǎn)到下一階段(圖3)。

名家分析:buck電路出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題
圖3

MOS管開(kāi)通時(shí)電感中不存在電流??jī)H有電流短路而不存在分布電感如何產(chǎn)生反向尖峰?

因?yàn)镸OS管閉合瞬間(又一個(gè)0-到0+的瞬間),因?yàn)槎O管因正向?qū)?,等效結(jié)電容上方聚集滿載流子,當(dāng)外電場(chǎng)Vin接入時(shí),因電荷異性相吸導(dǎo)致PN結(jié)電容變回中性,緊接著二極管PN結(jié)等效結(jié)電容電荷變成上正下負(fù)(下面多載流子)。二極管除去正向因?qū)ǘ⑷氲碾姾?,然后反向充電至阻斷狀態(tài),這個(gè)時(shí)間就是trr反向恢復(fù)時(shí)間,在二極管恢復(fù)之前,它呈現(xiàn)短路行為。

因?yàn)槎搪稸d負(fù)向電流很大,相當(dāng)于脈沖,如圖5紅色部分所示。

名家分析:buck電路出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題
圖4
名家分析:buck電路出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰問(wèn)題
圖5

“短路”的最終結(jié)果

有的朋友可能看不懂圖4中的電路,下面就對(duì)這種電路進(jìn)行一下講解。因?yàn)?ldquo;短路”的最終結(jié)果,Vcc的電壓跟二極管結(jié)電容電壓相等,對(duì)電感電容進(jìn)行充電,那么電容、電感、二極管結(jié)電容跟Vcc結(jié)電容處吸取能量,類似于LC串聯(lián)諧振時(shí)候。二極管結(jié)電容跟Vin除了要供應(yīng)負(fù)載的電流能量,還要供應(yīng)電感電容充電的能量。二極管結(jié)電容所示的能量如圖5藍(lán)色部分。

肖特基二極管由于結(jié)構(gòu)上特殊,所以需要設(shè)計(jì)者們特別注意。肖特基二極管的結(jié)構(gòu)為金屬半導(dǎo)體,完全可以理解為有正負(fù)極特性的電解電容,本文中的二極管就可以理解為電容。區(qū)別僅僅存在于運(yùn)行機(jī)理上。肖特基二極管是電荷中和,PN結(jié)效應(yīng)。而電容是電容效應(yīng),通過(guò)電容放電。至于說(shuō)分布電感產(chǎn)生的反向尖峰,由于短路能量太大,可以忽略不計(jì)。

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