【導(dǎo)讀】本文詳解了buck電路中，經(jīng)常會出現(xiàn)的二極管反向恢復(fù)電流尖峰異常的問題。本文結(jié)合實例和電路圖，詳細(xì)分析了buck電路中反向恢復(fù)電流尖峰問題。本文在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的思維和設(shè)計。
首先，先從連續(xù)通導(dǎo)的buck電路圖開始進(jìn)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。后面我們將對其中的各個電路提出相應(yīng)的問題，并進(jìn)行解答。
圖2
[page] 可能有的朋友會對圖2產(chǎn)生懷疑，因為這似乎并不是人們所熟悉的二極管續(xù)流等效電路。實際上，MOSFET斷開，產(chǎn)生續(xù)流通路，PN結(jié)電荷發(fā)生變化，如將其看成一個等效電容，則為上負(fù)下正的一個部件。最終電感電流釋放到谷點，谷點末期（0-至0+時刻）電容替代電感為負(fù)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(xiàn)象是不可能的；因為Vin來了。如果Vin沒來，而電感能量繼續(xù)下降到0，不再輸出能量，此時因為二極管和開關(guān)的分布電容引起震蕩，但對于CCM來說，震蕩時間不存在）這個瞬間過于太短暫，馬上轉(zhuǎn)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(chǎn)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?qū)?，等效結(jié)電容上方聚集滿載流子，當(dāng)外電場Vin接入時，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)ǘ⑷氲碾姾?，然后反向充電至阻斷狀態(tài)，這個時間就是trr反向恢復(fù)時間，在二極管恢復(fù)之前，它呈現(xiàn)短路行為。
因為短路Vd負(fù)向電流很大，相當(dāng)于脈沖，如圖5紅色部分所示。
圖4
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，下面就對這種電路進(jìn)行一下講解。因為“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)，通過電容放電。至于說分布電感產(chǎn)生的反向尖峰，由于短路能量太大，可以忽略不計。
相關(guān)閱讀：
安放位置有講究！詳解BUCK電路中電流取樣電阻的安放原則
如何解決BUCK電路尖峰過大的問題？
buck電路的電感怎么計算？讓燒腦專家告訴你
