Boost电源中二极管的作用和选择简析

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Boost电源中二极管的作用和选择简析

2023-08-14 21:37:33 来源：光为电子小 中

今天就来分析它的帮手-二极管的作用和选择。回顾下上期Boost的拓扑。

分析二极管在其中的作用，首先分析在开关管导通和关闭时电流的路径。如上图所示，开关管关闭，电感储存能量给C2和负载提供能量，电流路径如红色箭头方向，此时二极管D1导通。

(相关资料图)

开关管导通，电感储存能量，后级的电容大池塘流出来的电流有两条路径，一条给负载，另外一条向D1方向流，这时二极管的单向导通性就发挥其作用了，不允许电流经过，那么电容的放电路径只能是流向负载。

那如果去掉二极管D1后，又会发生什么情况呢？

二极管D1去除后，电容C2的放电路径会增加一条，此时开关管导通，我们都知道开关管在导通的状态下还是会存在一个很小的电阻，这个时候增加一条放电路径，C2的能量就会有所损失，造成了Boost升压的效率降低。

所以在Boost升压电路中开关管附近的二极管作用是隔离，为了降低开关管导通而产生的损耗。

那么问题来了，在Boost升压电路中必须要存在此二极管，那它的选择要满足什么样的条件呢？是不是任意的二极管就可以呢？

在LTspice中调用Boost升压库文件来仿真看看流过二极管的电流以及他的电压究竟长的怎样。

利用仿真软件中工具探头来看开关管和二极管处的电压和电流。

开关管处电压波形：绿色波形

二极管处电流波形：红色波形

仿真波形可以发现，在开关管导通时，流过二极管的电流为0A，开关管关闭时，电感在放电，流过二极管的电流在线性减小。在这个过程中流过二极管的电流是一个变化的，存在峰值电流和平均电流，这时就需要考虑二极管的过流能力。

开关管关断时，流过二极管的电流约大于负载电流，假设流过二极管的平均电流Id，导通压降Vd，那么二极管的平均功率Pd=Id*Vd，

那么对于功率转换来分析，Po=Pl+Pd(Pl表示负载功率)

为了提高输出效率，减小功率损耗，选择二极管时尽量选择导通压降小的管子，让电感储存的能量尽可能多的提供给负载。

为了更进一步的来看二极管电流的变化，仿真中单独将流过二极管的电流波形提取出来，图中发现二极管的电流有一个向下的尖峰，这个尖峰又是什么原因造成呢？这个尖峰又会造成怎样的影响呢？

究其原因，开关管不断的以开关频率在进行开关动作，在这个过程中二极管也不断的在重复导通和截止状态，这个速度是极其快的，它的导通和截止理想情况需与开关频率同步，这样就能让电流完美的进行切换。但实际上理想的二极管并不存在，所以在实际应用中一般选择导通截止开关速度快的肖特基二极管。在这种情况下二极管还是会存在一个反向恢复时间，这样就会在存在一个尖峰。

实际应用中的二极管，在电压突然反向时，二极管电流并不是很快减小到0，而是会有比较大的反向电流存在，这个反向电流降低到最大值的0.1倍所需的时间，就是反向恢复时间。在这个反向恢复时间里，二极管可以通过较大的反向电流，所以在波形图中就出现一个较大的反向电流尖峰。

有了这个尖峰的存在，原理如没有二极管一样，会增加损耗。

LTspice二极管元器件中选择反向恢复时间更短的二极管进行仿真，波形如下图。

尖峰几乎可以看不到，这样的仿真过程中能发现，但实际的工程应用中却很难做到，二极管的参数不一致，PCB走线也存在各种分布参数，所以在选型中只能尽可能的去减小尖峰。

一般二极管的数据手册中都会提到反向恢复时间Trr，而这个Trr也会决定二极管工作的频率。

对Boost身边护法帮手二极管来总结一下，指导选型和实际工程应用。

1、二极管反向电压大于Vo,并留有一定的余量，正向导通压降越小越理想。

2、二极管平均正向电流If须大于负载最大电流Iload，正向峰值电流Ifsm需大于电感峰值电流Il_peak，并留有余量。

3、二极管反向恢复时间Trr越小越理想。

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