Критерии выбора диодов свободного хода для схем BUCK Buck Converter
06 ноября 2025
Рисунок 1. Топология несинхронного BUCK-преобразователя
На рисунке 1 показана топология асинхронного BUCK-преобразователя. В микросхемах асинхронного BUCK-преобразователя обычно внутри интегрирован только верхний MOSFET. Между выводом SW и GND необходимо установить диод свободного хода, который будет служить токовым путем для силовой индуктивности, когда верхний MOSFET закрыт.
Выбор диода свободного хода должен как минимум удовлетворять двум 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) Средний прямой ток проводимости IF(AV) диода свободного хода не должен быть меньше Iout(max)*(1-D), где D — коэффициент заполнения Buck-преобразователя, а Iout(max) — максимальный ток нагрузки, который может поддерживать Buck-преобразователь. Для более жесткого выбора способности диода выдерживать перегрузку по току его можно выбирать больше или равным пиковому току индуктивности IOUT+(ΔIL)/2.
(3) Чем меньше прямое падение напряжения VF, тем меньше потери мощности, вызванные этим параметром, и тем выше КПД питания. (4) Чем выше скорость переключения из состояния проводимости в состояние запирания (чем меньше время обратного восстановления trr), тем меньше потери на обратное восстановление и тем выше КПД, тем лучше.
Диоды Шоттки (SBD) являются идеальным выбором в качестве диодов свободного хода благодаря малому прямому падению напряжения и быстрому времени обратного восстановления (обычно десятки наносекунд или даже единицы наносекунд), что снижает потери мощности на диоде свободного хода.
Для проектирования понижающего DC-DC-преобразователя с диапазоном входного напряжения 9-36 В DC, типовым входным напряжением 12 В, выходным напряжением 5 В и максимальной нагрузочной способностью 5 А выбирается диод Шоттки с обратным рабочим напряжением 40 В и прямым током более 5 А, поскольку 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 прямое падение напряжения 0,55 В при прямом токе 5,0 А, что соответствует требованиям схемы.
Рисунок 2. Электрические параметры диода Шоттки SS54
Когда входное напряжение имеет типовое значение 12 В, коэффициент заполнения имеет типовое значение 5/12, а средний ток, протекающий через диод свободного хода, равен 5,0 А*(1-5/12)=2,917 А. Когда входное напряжение принимает максимальное значение 36 В, коэффициент заполнения минимален и составляет 5/36, а максимальный средний ток, протекающий через диод свободного хода, составляет 5,0 А*(1-5/36)=4,3 А. Как показано на рисунке 3, D3 (SS54) в примере проектирования схемы TPS54360DDAR и есть выбранный диод свободного хода.
Рисунок 3. Пример схемы TPS54360DDAR