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BUCK电路中续流二极管的选型方法和实例

01

续流二极管的选型

图 5.27 降压型开关转换器的电路拓扑

图 5.27中的二极管D1,在非同步降压型开关转换器(Non-sync Buck Converter)电路中,当高边开关管(High-side MOSFET)关断时,需要此二极管为负载提供电流回路,故而称为“续流二极管(Catch Diodes)”。同时,在非同步降压型开关控制器(Non-sync Buck Controller)电路中,也需要此二极管为负载提供续流回路。

由“3.3.9 低边开关管或续流二极管的瞬时电流、平均电流和有效电流”可知,非同步降压型开关转换器或控制器电路中续流二极管上的平均电流为 (1-D)×I_OUT ,在高边开关管导通时需要承担的最大反向工作电压为VIN(max)。所以,续流二极管的选型需满足以下条件:

1、最大反向工作电压VRRM必须等于或大于输入电压VIN(max)。

通常,具有较高反向工作电压和正向导通电流的二极管,也同时具有较大的正向导通压降。在非同步降压电路中,续流二极管的正向导通压降越大,导致的功率损耗也越大,从而导致转换效率也会越低。

所以,在多数非同步降压电路应用中,续流二极管的反向工作电压可以选择等于该电路所支持的最大输入电压VIN(max)。

2、平均整流电流或正向导通电流IF(AV)必须等于或大于(1-D) * Iout(max),D是降压电路的占空比,Iout(max)是降压电路能够支持的最大负载电流。更加严格的续流二极管过流能力选择,可以选择大于等于电感上的峰值电流(Iout+(1/2)*ΔIL)。

3、正向导通压降VF越小,该参数引起的功率损耗越小,电源效率越高,越好。这可以通过续流二极管正向导通功率损耗计算公式 P_D = Vf × Iout × (1-D) 看出。

4、从导通状态到关断状态的切换速度越快(反向恢复时间trr越小),反向恢复损耗越小,电源效率越高,越好。这可以通过续流二极管反向恢复功率损耗计算公式 P_DRR = (1/2) * Vin * Irr * trr * Fsw 看出。

综上所述,肖特基二极管(Schottky Barrier Diode, SBD),因具有较小的正向导通压降和较快的反向恢复时间,是此处续流二极管较为理想的选择,能够降低续流二极管上的功率损耗。

02

续流二极管选型实例

图 5.28 TPS54561DPRT设计需求

如图2.28所示,最大输入电压为60V,续流二极管上的平均电流为(1-(Vout/Vin)) * Iout = (1-(5/12)) * 5A = 2.91A,电感峰值电流理论值为 (1+r/2) * Iout = (1+0.3/2) * 5A = 5.75A。

图 5.29 TPS54561DPRT参考电路原理图

如图5.29中的D1型号为Diodes Inc. PDS760-13(Diode, Schottky, 60V, 7A, 正向压降最大值0.62V,PowerDI5),即是肖特基二极管,可以满足设计需求。

注:这里选择的Diodes Inc. PDS760-13,来自于TPS54561DPRT规格书,我们也可以自行按照上述计算中的参数选择其他的肖特基二极管作为续流二极管使用。

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