Boost变换器的二极管

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对于Boost电路，跟Buck电路一样都有同步与非同步。如图6.19所示，非同步Boost是有一个开关管和一个二极管，而同步Boost是两个开关管。

图6.19 DCM模式下Boost电路的电感的实测波形

对于Boost电路，小电流场景下，有一些控制器还是非同步的Boost电路。所以会使用二极管作为电路的组成部分。

分析二极管在Boost电路中的作用，首先分析在开关管导通和关闭时电流的路径。如图6.20所示，开关管关闭，电感储存的能量给输出电容和负载提供能量，电流路径为图6.20右图虚线箭头方向，此时二极管D1导通。

图6.20 CCM模式下Boost电路的两个状态

开关管导通，电感进行储存能量，电源的输出电容维持输出电压Vout同时给负载供电，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。此时二极管的两端电压分别为0V和Vout，但是正好的是反向截止，此时二极管电流为0A。

那如果短路二极管D1后，又会发生什么情况呢？

假设，二极管D1短路后，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的能量就会损失，造成了Boost升压的无法工作。以上仅为假设。所以在Boost升压电路中的二极管作用是隔离。

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通流能力。

开关管关断时，流过二极管的电流约等于输出电流Iout，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，为了提高输出效率，减小功率损耗，选择二极管时尽量选择正向导通压降Vd小的二极管，让电感储存的能量尽可能多的提供给负载，不要浪费给二极管。

二极管的实际电流波形，还有一个负电流尖峰。

二极管还是会存在一个反向恢复时间，这样就会存在一个尖峰。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。

由于二极管外加正向电压 时，P 区的空穴向 N 区扩散，N 区的电子向 P 区扩散，不仅使得耗尽层变窄，而且使得载流子有相当数量的存储，在 P 区内存储了电子，在N 区内存储了空穴，它们都是非平衡少子。

一个二极管从没有导通到导通，一定是需要能量的。从截止到导通需要能量，从导通到截止也需要能量。

把正向导通时，非平衡少子积累的现象叫做 电荷存储效应。

当输入电压突然由正压变为负压时， P 区存储的电子和 N 区存储的空穴不会马上消失，它们会通过以下两个途径逐渐减少：

1.在反向电场的作用下， P 区电子被拉回 N 区， N 区空穴被拉回 P 区，形成反向漂移电流 ；

2.与多数载流子复合消失。

这些能量变化的过程，不但有能量的损耗，同时还需要占用时间。

由上可知，二极管的反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间，而这个Trr也会决定二极管的最大工作频率。

1、二极管反向电压大于Boost工作过程中最大的反向电压Vout,并留有一定的余量。

2、考虑到电源的效率，二极管的正向导通压降Vf越小越好。

3、二极管最大正向电流If须大于负载最大电流即输出最大电流Iload，并留有余量。正向峰值电流Ifsm需大于电感峰值电流IL_max，并留有余量。

3、 二极管反向恢复时间Trr越小越好。

审核编辑 黄宇