對于Boost電路，跟Buck電路一樣都有同步與非同步。如圖6.19所示，非同步Boost是有一個開關(guān)管和一個二極管，而同步Boost是兩個開關(guān)管。
圖6.19 DCM模式下Boost電路的電感的實測波形
對于Boost電路，小電流場景下，有一些控制器還是非同步的Boost電路。所以會使用二極管作為電路的組成部分。
分析二極管在Boost電路中的作用，首先分析在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉時電流的路徑。如圖6.20所示，開關(guān)管關(guān)閉，電感儲存的能量給輸出電容和負(fù)載提供能量，電流路徑為圖6.20右圖虛線箭頭方向，此時二極管D1導(dǎo)通。
圖6.20 CCM模式下Boost電路的兩個狀態(tài)
開關(guān)管導(dǎo)通，電感進行儲存能量，電源的輸出電容維持輸出電壓Vout同時給負(fù)載供電，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。此時二極管的兩端電壓分別為0V和Vout，但是正好的是反向截止，此時二極管電流為0A。
那如果短路二極管D1后，又會發(fā)生什么情況呢？
假設(shè)，二極管D1短路后，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的能量就會損失，造成了Boost升壓的無法工作。以上僅為假設(shè)。所以在Boost升壓電路中的二極管作用是隔離。
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通流能力。
開關(guān)管關(guān)斷時，流過二極管的電流約等于輸出電流Iout，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，為了提高輸出效率，減小功率損耗，選擇二極管時盡量選擇正向?qū)▔航礦d小的二極管，讓電感儲存的能量盡可能多的提供給負(fù)載，不要浪費給二極管。
二極管的實際電流波形，還有一個負(fù)電流尖峰。
二極管還是會存在一個反向恢復(fù)時間，這樣就會存在一個尖峰。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。
由于二極管外加正向電壓 時，P 區(qū)的空穴向 N 區(qū)擴散，N 區(qū)的電子向 P 區(qū)擴散，不僅使得耗盡層變窄，而且使得載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲，在 P 區(qū)內(nèi)存儲了電子，在N 區(qū)內(nèi)存儲了空穴，它們都是非平衡少子。
一個二極管從沒有導(dǎo)通到導(dǎo)通，一定是需要能量的。從截止到導(dǎo)通需要能量，從導(dǎo)通到截止也需要能量。
把正向?qū)〞r，非平衡少子積累的現(xiàn)象叫做 電荷存儲效應(yīng)。
當(dāng)輸入電壓突然由正壓變?yōu)樨?fù)壓時， P 區(qū)存儲的電子和 N 區(qū)存儲的空穴不會馬上消失，它們會通過以下兩個途徑逐漸減少：
1.在反向電場的作用下， P 區(qū)電子被拉回 N 區(qū)， N 區(qū)空穴被拉回 P 區(qū)，形成反向漂移電流 ；
2.與多數(shù)載流子復(fù)合消失。
這些能量變化的過程，不但有能量的損耗，同時還需要占用時間。
由上可知，二極管的反向恢復(fù)時間就是存儲電荷消失所需要的時間，而這個Trr也會決定二極管的最大工作頻率。
1、二極管反向電壓大于Boost工作過程中最大的反向電壓Vout,并留有一定的余量。
2、考慮到電源的效率，二極管的正向?qū)▔航礦f越小越好。
3、二極管最大正向電流If須大于負(fù)載最大電流即輸出最大電流Iload，并留有余量。正向峰值電流Ifsm需大于電感峰值電流IL_max，并留有余量。
3、 二極管反向恢復(fù)時間Trr越小越好。 |
