Boost電源中二極管的作用和選擇簡析

今天就來分析它的幫手-二極管的作用和選擇。回顧下上期Boost的拓?fù)洹?/p>

分析二極管在其中的作用，首先分析在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉時電流的路徑。如上圖所示，開關(guān)管關(guān)閉，電感儲存能量給C2和負(fù)載提供能量，電流路徑如紅色箭頭方向，此時二極管D1導(dǎo)通。

開關(guān)管導(dǎo)通，電感儲存能量，后級的電容大池塘流出來的電流有兩條路徑，一條給負(fù)載，另外一條向D1方向流，這時二極管的單向?qū)ㄐ跃桶l(fā)揮其作用了，不允許電流經(jīng)過，那么電容的放電路徑只能是流向負(fù)載。

那如果去掉二極管D1后，又會發(fā)生什么情況呢？

二極管D1去除后，電容C2的放電路徑會增加一條，此時開關(guān)管導(dǎo)通，我們都知道開關(guān)管在導(dǎo)通的狀態(tài)下還是會存在一個很小的電阻，這個時候增加一條放電路徑，C2的能量就會有所損失，造成了Boost升壓的效率降低。

所以在Boost升壓電路中開關(guān)管附近的二極管作用是隔離，為了降低開關(guān)管導(dǎo)通而產(chǎn)生的損耗。

那么問題來了，在Boost升壓電路中必須要存在此二極管，那它的選擇要滿足什么樣的條件呢？是不是任意的二極管就可以呢？

在LTspice中調(diào)用Boost升壓庫文件來仿真看看流過二極管的電流以及他的電壓究竟長的怎樣。

利用仿真軟件中工具探頭來看開關(guān)管和二極管處的電壓和電流。

開關(guān)管處電壓波形：綠色波形

二極管處電流波形：紅色波形

仿真波形可以發(fā)現(xiàn)，在開關(guān)管導(dǎo)通時，流過二極管的電流為0A，開關(guān)管關(guān)閉時，電感在放電，流過二極管的電流在線性減小。在這個過程中流過二極管的電流是一個變化的，存在峰值電流和平均電流，這時就需要考慮二極管的過流能力。

開關(guān)管關(guān)斷時，流過二極管的電流約大于負(fù)載電流，假設(shè)流過二極管的平均電流Id，導(dǎo)通壓降Vd，那么二極管的平均功率Pd=Id*Vd，

那么對于功率轉(zhuǎn)換來分析，Po=Pl+Pd(Pl表示負(fù)載功率)

為了提高輸出效率，減小功率損耗，選擇二極管時盡量選擇導(dǎo)通壓降小的管子，讓電感儲存的能量盡可能多的提供給負(fù)載。

為了更進(jìn)一步的來看二極管電流的變化，仿真中單獨將流過二極管的電流波形提取出來，圖中發(fā)現(xiàn)二極管的電流有一個向下的尖峰，這個尖峰又是什么原因造成呢？這個尖峰又會造成怎樣的影響呢？

究其原因，開關(guān)管不斷的以開關(guān)頻率在進(jìn)行開關(guān)動作，在這個過程中二極管也不斷的在重復(fù)導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，這個速度是極其快的，它的導(dǎo)通和截止理想情況需與開關(guān)頻率同步，這樣就能讓電流完美的進(jìn)行切換。但實際上理想的二極管并不存在，所以在實際應(yīng)用中一般選擇導(dǎo)通截止開關(guān)速度快的肖特基二極管。在這種情況下二極管還是會存在一個反向恢復(fù)時間，這樣就會在存在一個尖峰。

實際應(yīng)用中的二極管，在電壓突然反向時，二極管電流并不是很快減小到0，而是會有比較大的反向電流存在，這個反向電流降低到最大值的0.1倍所需的時間，就是反向恢復(fù)時間。在這個反向恢復(fù)時間里，二極管可以通過較大的反向電流，所以在波形圖中就出現(xiàn)一個較大的反向電流尖峰。

有了這個尖峰的存在，原理如沒有二極管一樣，會增加損耗。