Критерии выбора диодов свободного хода в схемах понижающих преобразователей (BUCK).

Рисунок 1. Топология несинхронного понижающего преобразователя (BUCK).

На рисунке 1 показана топология асинхронного понижающего преобразователя (BUCK). Микросхемы асинхронных понижающих преобразователей обычно интегрируют внутри только верхний MOSFET. Между выводом SW и GND необходимо установить диод свободного хода в качестве пути свободного хода для силового индуктора, когда верхний MOSFET выключен.

Выбор диода свободного хода должен соответствовать как минимум двум следующим жестким критериям (1)(2) и двум критериям оптимизации (3)(4):

(1) Обратное рабочее напряжение VRRM диода свободного хода должно быть равно или больше максимального входного напряжения VIN(max).

(2) Прямой ток проводимости IF(AV) диода свободного хода не должен быть меньше Iout(max)*(1-D), где D — коэффициент заполнения понижающего преобразователя, а Iout(max) — максимальный ток нагрузки, который может выдержать понижающий преобразователь. Для более строгого выбора допустимой перегрузки по току диода свободного хода его можно выбрать больше или равным пиковому току на индукторе IOUT+(ΔIL)/2.

(3) Чем меньше падение прямого напряжения VF, тем меньше потери мощности, вызванные этим параметром, и тем выше КПД. (4) Чем быстрее скорость переключения из включенного состояния в выключенное (чем меньше время обратного восстановления trr), тем меньше потери обратного восстановления и тем выше КПД, тем лучше.

Диоды Шоттки (SBD) идеально подходят для диодов свободного хода благодаря малому падению напряжения в прямом направлении и быстрому времени обратного восстановления (обычно десятки наносекунд или даже несколько наносекунд), что снижает потери мощности в диоде свободного хода.

Для проектирования понижающего DC-DC преобразователя с диапазоном входного напряжения постоянного тока 9-36 В, типичным входным напряжением 12 В, выходным напряжением 5 В и максимальной нагрузочной способностью 5 А, был выбран диод Шоттки с обратным рабочим напряжением 40 В и прямым током более 5 А, поскольку его максимальное входное напряжение составляет 36 В. Как показано на рисунке 2, диод Шоттки SS54 имеет обратное рабочее напряжение 40 В, средний выпрямленный ток 5 А и максимальное падение прямого напряжения 0,55 В при прямом токе 5,0 А, что соответствует требованиям схемы.

Рисунок 2. Электрические параметры диода Шоттки SS54.

При входном напряжении 12 В коэффициент заполнения составляет 5/12, а средний ток, протекающий через диод свободного хода, равен 5,0 А * (1 - 5/12) = 2,917 А. При входном напряжении, максимальном значении 36 В, коэффициент заполнения равен минимуму 5/36, а максимальный средний ток, протекающий через диод свободного хода, равен 5,0 А * (1 - 5/36) = 4,3 А. Как показано на рисунке 3, в примере проектирования схемы TPS54360DDAR в качестве диода свободного хода выбран D3 (SS54).

Рисунок 3. Пример схемы TPS54360DDAR.

• Предыдущий пост

  Система IF3700 обеспечивает исключительную навигацию для высококлассных промышленных беспилотных летательных аппаратов.

• Следующий пост

  Критически важный мост от аналогового к цифровому сигналу: высокоточный АЦП обеспечивает скачок в точности инерциальной навигации.