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(gè)開(kāi)關(guān)管和一個(gè)二極管，而同步Boost是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管。
圖6.19 DCM模式下Boost電路的電感的實(shí)測波形
對于Boost電路，小電流場(chǎng)景下，有一些控制器還是非同步的Boost電路。所以會(huì )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(kāi)關(guān)管導通和關(guān)閉時(shí)電流的路徑。如圖6.20所示，開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，電感儲存的能量給輸出電容和負載提供能量，電流路徑為圖6.20右圖虛線(xiàn)箭頭方向，此時(shí)二極管D1導通。
圖6.20 CCM模式下Boost電路的兩個(gè)狀態(tài)
開(kāi)關(guān)管導通，電感進(jìn)行儲存能量，電源的輸出電容維持輸出電壓Vout同時(shí)給負載供電，這時(shí)二極管的單向導通性就發(fā)揮其作用了，不允許電流經(jīng)過(guò)，那么電容的放電路徑只能是流向負載。此時(shí)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(shí)二極管電流為0A。
那如果短路二極管D1后，又會(huì )發(fā)生什么情況呢？
假設，二極管D1短路后，電容C2的放電路徑會(huì )增加一條，此時(shí)開(kāi)關(guān)管導通，我們都知道開(kāi)關(guān)管在導通的狀態(tài)下還是會(huì )存在一個(gè)很小的電阻，這個(gè)時(shí)候增加一條放電路徑，C2的能量就會(huì )損失，造成了Boost升壓的無(wú)法工作。以上僅為假設。所以在Boost升壓電路中的二極管作用是隔離。
在開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，流過(guò)二極管的電流為0A，開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，電感在放電，流過(guò)二極管的電流在線(xiàn)性減小。在這個(gè)過(guò)程中流過(guò)二極管的電流是一個(gè)變化的，存在峰值電流和平均電流，這時(shí)就需要考慮二極管的通流能力。
開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，流過(guò)二極管的電流約等于輸出電流Iout，假設流過(guò)二極管的平均電流Id，導通壓降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(shí)盡量選擇正向導通壓降Vd小的二極管，讓電感儲存的能量盡可能多的提供給負載，不要浪費給二極管。
二極管的實(shí)際電流波形，還有一個(gè)負電流尖峰。
二極管還是會(huì )存在一個(gè)反向恢復時(shí)間，這樣就會(huì )存在一個(gè)尖峰。實(shí)際應用中的二極管，在電壓突然反向時(shí)，二極管電流并不是很快減小到0，而是會(huì )有比較大的反向電流存在，這個(gè)反向電流降低到最大值的0.1倍所需的時(shí)間，就是反向恢復時(shí)間。在這個(gè)反向恢復時(shí)間里，二極管可以通過(guò)較大的反向電流，所以在波形圖中就出現一個(gè)較大的反向電流尖峰。
由于二極管外加正向電壓 時(shí)，P 區的空穴向 N 區擴散，N 區的電子向 P 區擴散，不僅使得耗盡層變窄，而且使得載流子有相當數量的存儲，在 P 區內存儲了電子，在N 區內存儲了空穴，它們都是非平衡少子。
一個(gè)二極管從沒(méi)有導通到導通，一定是需要能量的。從截止到導通需要能量，從導通到截止也需要能量。
把正向導通時(shí)，非平衡少子積累的現象叫做 電荷存儲效應。
當輸入電壓突然由正壓變?yōu)樨搲簳r(shí)， P 區存儲的電子和 N 區存儲的空穴不會(huì )馬上消失，它們會(huì )通過(guò)以下兩個(gè)途徑逐漸減少：
1.在反向電場(chǎng)的作用下， P 區電子被拉回 N 區， N 區空穴被拉回 P 區，形成反向漂移電流 ；
2.與多數載流子復合消失。
這些能量變化的過(guò)程，不但有能量的損耗，同時(shí)還需要占用時(shí)間。
由上可知，二極管的反向恢復時(shí)間就是存儲電荷消失所需要的時(shí)間，而這個(gè)Trr也會(huì )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(guò)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，二極管的正向導通壓降Vf越小越好。
3、二極管最大正向電流If須大于負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、 二極管反向恢復時(shí)間Trr越小越好。 |
