开关电源中续流二极管的作用

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图中是一个开关电源 / 直流 – 直流（DC – DC）变换电路，二极管 D 作为续流二极管，在电路中起着关键作用，以下从电路工作阶段拆解其原理：

一、电路结构：降压型 DC – DC 变换器

核心元件：

• IRF5210：N 沟道 MOSFET，作为开关管，由 PWM 信号控制通断。
• L：电感，储能 / 续流元件。
• D：续流二极管（通常为肖特基二极管，如 1N5822 ）。
• Rs：采样电阻，用于检测输出电流。

二、续流二极管的作用：“维持电感电流，避免电压尖峰”

电路工作分为开关管导通和开关管关断两个阶段，二极管 D 在关断阶段起作用：

1. 开关管导通阶段（MOSFET 开通）

• MOSFET 导通时，电流路径：DC输入→MOSFET→L→Rs→RL→地
• 电感 L 被充电，电流 iL(t) 线性上升，储存能量（E=21Li2）。
• 此时二极管 D 反偏（阳极电压 < 阴极电压），截止，不参与工作。

2. 开关管关断阶段（MOSFET 关断）

• MOSFET 关断后，电感 L 的 “电流不能突变” 特性（楞次定律）会产生反向感应电动势（阻止电流减小），使电感两端电压极性反转（左负右正 ）。
• 若没有二极管 D，电感反向电动势会与输入电压叠加，导致 MOSFET 漏极出现高压尖峰（可能击穿开关管）。
• 续流二极管 D 此时正向导通，为电感电流提供 “续流路径”：L→D→Rs→RL→L
• 作用：维持电流连续：电感储存的能量通过 D 释放给负载，保证负载电流不中断。抑制电压尖峰：反向电动势被二极管钳位，避免 MOSFET 承受过高电压。

三、关键特性与选型

• 二极管类型：必须选快恢复二极管或肖特基二极管（如 1N5822 ），因为开关频率高（PWM 通常几十 kHz 到 MHz），普通整流二极管反向恢复时间长，会导致损耗大、发热严重。
• 反向耐压：需大于电感反向电动势 + 输入电压，一般选 2 倍以上输入电压（如输入 12V，选 30V 耐压）。
• 正向电流：需大于电感最大电流（考虑峰值），一般选 2 倍以上负载电流。

四、对比 “无续流二极管” 的后果

若去掉 D，开关管关断时：

• 电感电流无法续流，会瞬间 “断流”，导致电感两端产生极高的反向电压（可能损坏 MOSFET ）。
• 负载电流会 “突变”，导致输出电压暴跌，无法稳定供电。

一句话总结

续流二极管 D 是降压型 DC – DC 变换器的 “必备元件”，在开关管关断时为电感电流提供续流路径，维持负载供电、抑制电压尖峰，保证电路稳定工作。核心原理是利用二极管的单向导电性，配合电感的 “电流不能突变” 特性。