如何避免BUCK電路中的反向恢復(fù)電流尖峰-KIA MOS管

當(dāng)Buck電路中出現(xiàn)二極管時(shí)，就很有可能出現(xiàn)反向恢復(fù)中電流尖峰異常的問題。本篇文章將通過實(shí)例與電路圖的配合，對反向恢復(fù)電流尖峰出現(xiàn)問題的原因進(jìn)行分析。希望能夠?yàn)榇蠹姨峁┬碌脑O(shè)計(jì)思路。

首先，先從連續(xù)通導(dǎo)的buck電路圖開始進(jìn)行。

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(gè)電路提出相應(yīng)的問題，并進(jìn)行解答。

可能有的朋友會對圖2產(chǎn)生懷疑，因?yàn)檫@似乎并不是人們所熟悉的二極管續(xù)流等效電路。實(shí)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(gè)等效電容，則為上負(fù)下正的一個(gè)部件。

最終電感電流釋放到谷點(diǎn)，谷點(diǎn)末期(0-至0+時(shí)刻)電容替代電感為負(fù)載提供能量，此時(shí)電感還以電磁能方式保存有能量(因?yàn)殡姼腥绻俜烹姡娙莸碾妷猴@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?yàn)閂in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(shí)因?yàn)槎O管和開關(guān)的分布電容引起震蕩，但對于CCM來說震蕩時(shí)間不存在)這個(gè)瞬間過于太短暫，馬上轉(zhuǎn)到下一階段(圖3)。

MOS管開通時(shí)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?yàn)镸OS管閉合瞬間(又一個(gè)0-到0+的瞬間)，因?yàn)槎O管因正向?qū)ǎ刃ЫY(jié)電容上方聚集滿載流子，當(dāng)外電場Vin接入時(shí)，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)ǘ⑷氲碾姾桑缓蠓聪虺潆娭磷钄酄顟B(tài)，這個(gè)時(shí)間就是trr反向恢復(fù)時(shí)間，在二極管恢復(fù)之前，它呈現(xiàn)短路行為。

因?yàn)槎搪稸d負(fù)向電流很大，相當(dāng)于脈沖，如圖5紅色部分所示。

“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?yàn)椤岸搪贰钡淖罱K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(shí)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(jì)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(yùn)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(jì)。

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