buck电路中二极管反向恢复电流尖峰分析
作者：海飞乐技术 时间：2017-02-20 17:56
当Buck电路中出现二极管时，就很有可能出现反向恢复中电流尖峰异常的问题。本篇文章将通过实例与电路图的配合，对反向恢复电流尖峰出现问题的原因进行分析。希望能够为大家提供新的设计思路。
首先，先从连续通导的buck电路图开始进行。
图1
在图1中，plot1为PWM波形，plot1至plot3是电感电流在CCM模式下的波形。后面我们将对其中的各个电路提出相应的问题，并进行解答。
图2
可能有的朋友会对图2产生怀疑，因为这似乎并不是人们所熟悉的二极管续流等效电路。实际上MOSFET断开产生续流通路，PN结电荷发生变化，如将其看成一个等效电容，则为上负下正的一个部件。最终电感电流释放到谷点，谷点末期（0-至0+时刻）电容替代电感为负载提供能量，此时电感还以电磁能方式保存有能量（因为电感如果再放电，电容的电压显然要高过电感，变成电容还要给电感充能了。但那种现象是不可能的；因为Vin来了。如果Vin没来，而电感能量继续下降到0，不再输出能量，此时因为二极管和开关的分布电容引起震荡，但对于CCM来说震荡时间不存在）这个瞬间过于太短暂，马上转到下一阶段（图3）。
图3
MOS管开通时电感中不存在电流？仅有电流短路而不存在分布电感如何产生反向尖峰？
因为MOS管闭合瞬间（又一个0-到0+的瞬间），因为二极管因正向导通，等效结电容上方聚集满载流子，当外电场Vin接入时，因电荷异性相吸导致PN结电容变回中性，紧接着二极管PN结等效结电容电荷变成上正下负（下面多载流子）。二极管除去正向因导通而注入的电荷，然后反向充电至阻断状态，这个时间就是trr反向恢复时间，在二极管恢复之前，它呈现短路行为。
因为短路Vd负向电流很大，相当于脉冲，如图5红色部分所示。
图4
图5
“短路”的最终结果
有的朋友可能看不懂图4中的电路，下面就对这种电路进行一下讲解。因为“短路”的最终结果，Vcc的电压跟二极管结电容电压相等，对电感电容进行充电，那么电容、电感、二极管结电容跟Vcc结电容处吸取能量，类似于LC串联谐振时候。二极管结电容跟Vin除了要供应负载的电流能量，还要供应电感电容充电的能量。二极管结电容所示的能量如图5蓝色部分。
肖特基二极管由于结构上特殊，所以需要设计者们特别注意。肖特基二极管的结构为金属半导体，完全可以理解为有正负极特性的电解电容，本文中的二极管就可以理解为电容。区别仅仅存在于运行机理上。肖特基二极管是电荷中和，PN结效应。而电容是电容效应，通过电容放电。至于说分布电感产生的反向尖峰，由于短路能量太大，可以忽略不计。
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