名家分析:buck電路出現的二極管反向恢複電流尖峰問題
發布時間:2015-08-24 責任編輯:echolady
【導讀】本文詳解了buck電路中,經常會出現的二極管反向恢複電流尖峰異常的問題。本文結合實例和電路圖,詳細分析了buck電路中反向恢複電流尖峰問題。本文在分析的基礎上進行了新的思維和設計。
首先,先從連續通導的buck電路圖開始進行。

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。後麵我們將對其中的各個電路提出相應的問題,並進行解答。

圖2
[page] 可能有的朋友會對圖2產生懷疑,因為這似乎並不是人們所熟悉的二極管續流等效電路。實際上,MOSFET斷開,產生續流通路,PN結電荷發生變化,如將其看成一個等效電容,則為上負下正的一個部件。最終電感電流釋放到穀點,穀點末期(0-至0+時刻)電容替代電感為負載提供能量,此時電感還以電磁能方式保存有能量(因為電感如果再放電,電容的電壓顯然要高過電感,變成電容還要給電感充能了。但那種現象是不可能的;因為Vin來了。如果Vin沒來,而電感能量繼續下降到0,不再輸出能量,此時因為二極管和開關的分布電容引起震蕩,但對於CCM來說,震蕩時間不存在)這個瞬間過於太短暫,馬上轉到下一階段(圖3)。

圖3
MOS管開通時電感中不存在電流?僅有電流短路而不存在分布電感如何產生反向尖峰?
因為MOS管閉合瞬間(又一個0-到0+的瞬間),因為二極管因正向導通,等效結電容上方聚集滿載流子,當外電場Vin接入時,因電荷異性相吸導致PN結電容變回中性,緊接著二極管PN結等效結電容電荷變成上正下負(下麵多載流子)。二極管除去正向因導通而注入的電荷,然後反向充電至阻斷狀態,這個時間就是trr反向恢複時間,在二極管恢複之前,它呈現短路行為。
因為短路Vd負向電流很大,相當於脈衝,如圖5紅色部分所示。

圖4

圖5
“短路”的最終結果
有的朋友可能看不懂圖4中的電路,下麵就對這種電路進行一下講解。因為“短路”的最終結果,Vcc的電壓跟二極管結電容電壓相等,對電感電容進行充電,那麼電容、電感、二極管結電容跟Vcc結電容處吸取能量,類似於LC串聯諧振時候。二極管結電容跟Vin除了要供應負載的電流能量,還要供應電感電容充電的能量。二極管結電容所示的能量如圖5藍色部分。
肖xiao特te基ji二er極ji管guan由you於yu結jie構gou上shang特te殊shu,所suo以yi需xu要yao設she計ji者zhe們men特te別bie注zhu意yi。肖xiao特te基ji二er極ji管guan的de結jie構gou為wei金jin屬shu半ban導dao體ti,完wan全quan可ke以yi理li解jie為wei有you正zheng負fu極ji特te性xing的de電dian解jie電dian容rong,本ben文wen中zhong的de二er極ji管guan就jiu可ke以yi理li解jie為wei電dian容rong。區qu別bie僅jin僅jin存cun在zai於yu運yun行xing機ji理li上shang。肖xiao特te基ji二er極ji管guan是shi電dian荷he中zhong和he,PN結效應。而電容是電容效應,通過電容放電。至於說分布電感產生的反向尖峰,由於短路能量太大,可以忽略不計。
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