在非同步 BUCK 降壓電路的設(shè)計(jì)中，續(xù)流二極管的選型是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它直接影響著電路的性能和穩(wěn)定性。下面我們將詳細(xì)介紹非同步 BUCK 降壓電路續(xù)流二極管的選型準(zhǔn)則和實(shí)例。

背景簡(jiǎn)述

非同步 BUCK 轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌ㄈ鐖D 0.1 所示）已經(jīng)內(nèi)置了高邊開(kāi)關(guān)管，其關(guān)鍵的外圍元件包括功率電感、續(xù)流二極管、輸出電容和輸入電容。以 TPS54561DPRT 為例，由于它是非同步 BUCK 轉(zhuǎn)換器芯片，僅在芯片內(nèi)部集成了高邊開(kāi)關(guān)管 MOSFET，因此需要在 SW 引腳和 GND 之間安裝一個(gè)續(xù)流二極管，作為高邊開(kāi)關(guān)管 MOSFET 關(guān)斷時(shí)功率電感的續(xù)流路徑。

續(xù)流二極管選型準(zhǔn)則

續(xù)流二極管的選型需要嚴(yán)格遵循一些準(zhǔn)則，其中包括兩個(gè)硬性準(zhǔn)則和兩個(gè)優(yōu)化準(zhǔn)則：

1. 反向工作電壓：續(xù)流二極管的反向工作電壓 VRRM 必須等于或大于最大輸入電壓 VIN (max)。這是為了確保在輸入電壓波動(dòng)時(shí)，二極管不會(huì)被反向擊穿，保證電路的安全性和穩(wěn)定性。
2. 正向?qū)娏鳎豪m(xù)流二極管的正向?qū)娏?IF (AV) 不小于 Iout (max)*(1 - D) ，其中 D 是降壓電路的占空比，Iout (max) 是降壓電路能夠支持的最大負(fù)載電流。更為嚴(yán)格的續(xù)流二極管過(guò)流能力選擇，可以選擇大于等于電感上的峰值電流 IOUT+(ΔIL)/2 。這可以保證二極管在正常工作和瞬態(tài)情況下都能承受足夠的電流，避免因過(guò)流而損壞。
3. 正向?qū)▔航担赫驅(qū)▔航?VF 越小越好。因?yàn)?VF 越小，該參數(shù)引起的功率損耗越小，電源效率越高。在設(shè)計(jì)高效電源時(shí)，降低功率損耗是一個(gè)重要的目標(biāo)。
4. 反向恢復(fù)時(shí)間：從導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的切換速度越快（反向恢復(fù)時(shí)間 trr 越小）越好。反向恢復(fù)時(shí)間越小，反向恢復(fù)損耗越小，電源效率越高?？焖俚那袚Q速度可以減少開(kāi)關(guān)損耗，提高電路的整體性能。

綜上所述，肖特基二極管（Schottky Barrier Diode, SBD）是續(xù)流二極管較為理想的選擇。它具有較小的正向?qū)▔航岛洼^快的反向恢復(fù)時(shí)間（通常為幾十納秒甚至幾納秒），能夠有效降低續(xù)流二極管上的功率損耗。

續(xù)流二極管選型實(shí)例

參考之前的設(shè)計(jì)實(shí)例，在此設(shè)計(jì)中，最大輸入電壓為 60V，輸出電壓為 5V，最大負(fù)載電流為 5A。根據(jù)選型準(zhǔn)則，我們需要選擇反向工作電壓為 60V、正向?qū)娏鞔笥?5A 的肖特基二極管。
如圖 0.2 所示，Diodes Inc. PDS760 - 13 (Diode, Schottky, 60V, 7A, PowerDI5) 肖特基二極管的反向工作電壓為 60V，平均整流電流為 7A，在正向?qū)娏鳛?5.0A 時(shí)的最大正向?qū)▔航禐?0.52V，滿(mǎn)足我們的選型要求，是較為合適的選擇之一。

在此例中，當(dāng)輸入電壓為典型值 12V 時(shí)，占空比為典型值 5/12，續(xù)流二極管的平均電流為 5.0A*(1 - 5/12)=2.917A；在輸入電壓有最大值 60V 時(shí)，占空比最小值為 5/60，續(xù)流二極管上流過(guò)的最大平均電流為 5.0A*(1 - 5/60)=4.583A。所以，理論上，選擇反向工作電壓為 60V、正向?qū)娏鳛?5A 的肖特基二極管，如 PDS560 - 13（Working Peak Reverse Voltage 60V, Average Rectified Current 5A），也是可以的。

在 TPS54561DPRT 電路設(shè)計(jì)實(shí)例（如圖 0.3 所示）中，D1 PDS760 - 13 (Diode, Schottky, 60V, 7A, PowerDI5) 就是我們選型完成的續(xù)流二極管。