在非同步 BUCK 降压电路的设计中,续流
二极管的选型是一个至关重要的环节,它直接影响着电路的性能和稳定性。下面我们将详细介绍非同步 BUCK 降压电路续流二极管的选型准则和实例。
非同步 BUCK
转换器拓扑(如图 0.1 所示)已经内置了高边
开关管,其关键的外围元件包括
功率电感、续流二极管、输出电容和输入电容。以 TPS54561DPRT 为例,由于它是非同步 BUCK 转换器芯片,仅在芯片内部集成了高边开关管 MOSFET,因此需要在 SW 引脚和 GND 之间安装一个续流二极管,作为高边开关管 MOSFET 关断时功率电感的续流路径。

续流二极管的选型需要严格遵循一些准则,其中包括两个硬性准则和两个优化准则:
- 反向工作电压:续流二极管的反向工作电压 VRRM 必须等于或大于输入电压 VIN (max)。这是为了确保在输入电压波动时,二极管不会被反向击穿,保证电路的安全性和稳定性。
- 正向导通电流:续流二极管的正向导通电流 IF (AV) 不小于 Iout (max)*(1 - D) ,其中 D 是降压电路的占空比,Iout (max) 是降压电路能够支持的负载电流。更为严格的续流二极管过流能力选择,可以选择大于等于电感上的峰值电流 IOUT+(ΔIL)/2 。这可以保证二极管在正常工作和瞬态情况下都能承受足够的电流,避免因过流而损坏。
- 正向导通压降:正向导通压降 VF 越小越好。因为 VF 越小,该参数引起的功率损耗越小,电源效率越高。在设计高效电源时,降低功率损耗是一个重要的目标。
- 反向恢复时间:从导通状态到关断状态的切换速度越快(反向恢复时间 trr 越小)越好。反向恢复时间越小,反向恢复损耗越小,电源效率越高。快速的切换速度可以减少开关损耗,提高电路的整体性能。
综上所述,
肖特基二极管(Schottky Barrier Diode, SBD)是续流二极管较为理想的选择。它具有较小的正向导通压降和较快的反向恢复时间(通常为几十纳秒甚至几纳秒),能够有效降低续流二极管上的功率损耗。
参考之前的设计实例,在此设计中,输入电压为 60V,输出电压为 5V,负载电流为 5A。根据选型准则,我们需要选择反向工作电压为 60V、正向导通电流大于 5A 的肖特基二极管。
如图 0.2 所示,Diodes Inc. PDS760 - 13 (Diode, Schottky, 60V, 7A, PowerDI5) 肖特基二极管的反向工作电压为 60V,平均整流电流为 7A,在正向导通电流为 5.0A 时的正向导通压降为 0.52V,满足我们的选型要求,是较为合适的选择之一。

在此例中,当输入电压为典型值 12V 时,占空比为典型值 5/12,续流二极管的平均电流为 5.0A*(1 - 5/12)=2.917A;在输入电压有值 60V 时,占空比值为 5/60,续流二极管上流过的平均电流为 5.0A*(1 - 5/60)=4.583A。所以,理论上,选择反向工作电压为 60V、正向导通电流为 5A 的肖特基二极管,如 PDS560 - 13(Working Peak Reverse Voltage 60V, Average Rectified Current 5A),也是可以的。

在 TPS54561DPRT 电路设计实例(如图 0.3 所示)中,D1 PDS760 - 13 (Diode, Schottky, 60V, 7A, PowerDI5) 就是我们选型完成的续流二极管。