开关电源之“非同步Buck电路的续流二极管”

本文主要介绍非同步开关电源中的续流二极管。


非同步开关电源中的二极管有两个作用:MOS管导通时,二极管截止,输入端向电感及输出电容供电;MOS管截止时,二极管导通,与电感及输出电容形成回路,持续向负载供电。



BUCK型电路中,PWM驱动主MOS打开,则L电压左+右-(靠近SW侧为+),电流经过L流向COUT和Load,COUT储能这是一个回路,此时电感电流均匀上升;
当PWM驱动主MOS关断时,续流二极管和L、COUT形成电流回路,续流电路可以释放掉电感线圈中储存的能量,防止感应电压过高,击穿MOS管。L必须左-右+,电感电流经过续流二极管均匀下降(电感的电流不能突变)。
对于电感线圈,当线圈中有电流通过时,其两端会有感应电动势产生。当电流消失时,其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。当反向电压高于元件的反向击穿电压时,会把元件如三极管等烧坏。如果在线圈两端反向并联一个二极管(有时候会串接一个电阻),当流过线圈中的电流消失时,线圈产生的感应电动势就会通过二极管和线圈构成的回路消耗掉,从而保证电路中的其它元件的安全。
设想一下,如果没有续流二极管,电感在主MOS关断瞬间没有了通路,即电流瞬变到零,意味着电感电压瞬间极大,这种电路是没办法正常供电的。其次,如果没有续流二极管,电感左端负压极大,则主MOS的漏源之间压差也极大,MOS会被烧掉,这就是很多Buck电源上把续流二极管也称为钳位二极管(clamp diode或freewheeling diode)的原因。把电感左端钳位到近似零电位,则主MOS耐压就是Vin了。
续流二极管在内部MOSFET关断时传导电感电流。因此,正常工作时二极管上的平均电流取决于调节器的占空比及输出负载电流。

为续流二极管压降

之所以选择一个电流额定值高于正常工作所需的二极管,完全是为了应对最恶劣的情况,即短路输出。在这种情况下,二极管的电流会增大到典型峰值电流限制阈值。必须确保二极管能够在热限值和电气限值以内正常工作。
二极管的反向击穿电压额定值必须高于最高输入电压,并有一定的裕量能够承受SW节点上的响铃振荡。为获得最高功效,推荐采用肖特基二极管,因为它正向压降低、开关速度快。