8.2.2.2.3 ブースト・ダイオードの選定
ブースト・ダイオードは、スイッチがオフの間(TDCH)はブースト・インダクタ電流を伝導し、スイッチがオンの間(TON)はゼロ電流を伝導します。Equation 34はライン・ハーフサイクルで角度θ時の1スイッチング・サイクルでのRMSダイオード電流を計算します。
Equation 34.
Equation 35 は理想的な遷移モード動作におけるブースト・ダイオード導通のデューティ・サイクルを表します。
Equation 35.
Equation 36 は完全なライン・ハーフサイクルでのRMSブースト・ダイオード電流を表します。
Equation 36.
ブースト・ダイオードの最大RMS電流は、最大負荷および最小入力時に発生します。
Equation 37.
ブースト・ダイオードの導通電力損失は、主に平均出力電流の関数となります。
Equation 38.
上記の計算と以下のガイドラインを参考にして、ブースト・ダイオードを選定します。
- ブースト・ダイオードの定格電圧は最大出力電圧を上回るようにします。過渡/入力サージ試験では、出力電圧が通常のレギュレーション値をはるかに上回ることがあります。
- ブースト・ダイオードの平均/RMS定格電流はEquation 37およびEquation 38で計算した数値を上回っていなければなりません。
- ダイオードはさまざまな速度/回復電荷で供給されています。逆回復電荷が小さい高速ダイオードでは通常、順方向電圧降下が大きくなります。高速ダイオードは導通損失が大きいものの、スイッチング損失は小さくなります。逆回復電荷が大きい低速ダイオードでは通常、順方向電圧降下が小さくなります。低速ダイオードは導通損失が小さいものの、スイッチング損失は大きくなります。用途に合った定格速度のダイオードを選定することで、最大限の効率を確保できます。
- ブースト・コンバータ入力に電圧が最初に印加されると、出力コンデンサが入力電圧ピーク値まで充電する間に、制御されていない電流がブースト・ダイオードを流れます。充電電流は入力およびEMIフィルタ段のインピーダンスによってのみ制限されるため、出力コンデンサ充電期間中に非常に高い値に達することがあります。この電流を伝導するダイオードの定格は、この非反復サージ電流を伝導できるものとします。通常はバイパス・ダイオードを追加して、この充電電流の大半をブースト・ダイオードからそらします。バイパス・ダイオードには、順方向電圧降下が小さい低速タイプを使用できます。このため、高速なブースト・ダイオードに比べて安価でより安定しています。
- この設計例では、 STMicroelectronics®のSTTH5L06ダイオードを選定しました。このダイオードは定格電圧が600Vで、平均定格電流は5Aです。順方向電圧降下が約0.85Vであるため、ブースト・ダイオードの導通損失は0.5W未満となります。