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二极管反向恢复造成电流尖峰原因分析

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拿一份连续导通BUCK电路来说事吧

波形图1

图1:

图2:

图3:

图4::

波形图1-1为PWM波形

波形图1-3 电感电流波形。

工作于CCM模式。

乙:图1:二极管续流的等效电路是这样的吗?

甲:对于图1说明: MOSFET 断开, 产生续流通路,PN结电荷发生变化,如将其看成一个等效电容,则为 上负 下正的 一个部件。最终电感电流释放到谷点,谷点末期(0-至0+时刻)电容替代电感为负载提供能量,此时电感还以电磁能方式保存有能量(因为电感如果再放电的话,电容的电压显然要高过电感,变成电容还要给电感充能了。但那种现象是不可能的;因为Vin来了。如果Vin没来,而电感能量继续下降到0,不再输出能量,此时因为二极管和开关的分布电容引起震荡,但对于CCM来说,震荡时间不存在)这个瞬间太短暂了,马上转到下一阶段(图2)。

乙:图2:MOS管开通的时候电感中没电流?

甲:因为MOS管闭合瞬间(又一个0-到0+的瞬间),因为二极管因正向导通,等效结电容上方聚集满载流子,当外电场Vin 接入时,因电荷异性相吸 导致PN结电容 变回中性,紧接着 二极管PN结等效结电容电荷 变成 上正 下负(下面多载流子)。二极管除去正向因导通而注入的电荷,然后反向充电至阻断状态,这个时间就是 trr 反向恢复时间,在二极管恢复之前,它呈现短路行为。

因为短路Vd 负向电流很大,相当于脉冲,如图4 红色部分所示。

乙:图3:没看明白什么意思。

甲: 因为“短路”的最终结果,Vcc的电压跟二极管结电容电压相等,对电感电容进行充电,那么电容 电感都 二极管结电容跟Vcc结电容处吸取能量,类似于LC串联谐振时候。二极管结电容跟Vin 除了要供应负载的电流能量,还要供应 电感电容充电的能量。二极管结电容所示的能量如图4 蓝色部分。

需要指出一点,对于 肖特基二极管是个例外。因为金属-半导体结。相当于有正负极性的电解电容, 而 上文提到的 二极管,可以想想成此片电容。只是作用机理不太一样。一个是PN结效应,一个是电容效应。前者 是电荷 中和,后者是电容放电。

至于说分布电感产生的反向尖峰,这个可以忽略不计的,短路能量太大了。

图4蓝色部分应该对应图2。

二极管反向恢复过程:PN结内载流子由于存在浓度梯度而具有扩散运动,同时由于电场作用存

在漂移运动,两者平衡后在PN结形成空间电荷区。当二极管两端有正向偏压,空间电荷区缩

小,当二极管两端有反向偏压,空间电荷区加宽。当二极管在导通状态下突加反向电压时,存储

电荷在电场的作用下回到己方区域或者被复合,这样便产生一个反向电流,并使等效模型的电容

感应出上正下负的电荷。对于图3,老师您同意存在二极管与Vin共同向电感充电可能吗?

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