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    • 发布时间:2019-12-04 17:18:39
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    肖特二極管在電源中的應用知識
    任何非同步直流/直流转换器都需要一个所谓的续流二極管。为了优化方案的整体效率,通常偏向于选择低正向电压的肖特基管。很多设计都采用一个转换器设计(网络) 工具推荐的二極管。这并非总是二極管的最优选择。更况且,如果设计工具不考虑热性能和泄电流之间的动态变化,则极有可能发生实际性能有别于设计工具的分析或模拟出的结果。本文将探讨一些在选择正确的二極管时应仔细考虑的典型参数,以及怎样应用这些参数来快速确定选型的正确与否。
    肖特二極管
    檢查損耗
    圖1給出了非同步直流/直流降壓轉換器的基本框圖。D1是所需的肖特基管。左側是開關S1閉合時(時間爲T1)的電流情況,右側是開關S1打開時(時間爲T2)的電流情況。
    當時間爲T2時,輸出電流(Iout)流經D1。所産生的損耗與D1的正向電壓(Vfw)和輸出電流直接相關。PT2等于Iout*Vfw。顯然,河北十一选五一定牛走势图希望盡可能低落以控制損耗,減少發熱。
    T1期间,D1处于阻断状态。唯一的电流是反向电流。此电流相对较弱,并且主要由阻断电压或输入电压Vin决定。T1阶段二極管产生的功耗,称为PT1,大致等于Ir*Vin。
    对于任何肖特基二極管,在设计时都存在一个取舍。即此设备要么针对低Vf进行优化,要么针对低Ir进行优化。因此,如果选择低Vf,则Ir就较高,反之亦然。在实际应用设计时,主要的是不仅要观察Vf或Ir的值,还要分析它们在实际操作中会产生什么结果。Vf和Ir都会随温度变化而改变。当温度升 高,Vf会低落,在二極管升温的同时低落了热分散。但非常不幸的是,Ir会随着二極管温度升高而增加。所以,二極管温度越高,泄电流就越多,内部功耗就越多,这样就使得二極管温度更高,从而再次增加泄电流,云云循环。
    如果坚持采用基本的非同步直流/直流转换器的设计案例,不妨做一个基本分析以确定二極管内部功耗和由此导致的设备温度。直流/直流转换器的运行占空比与电压输入输出的比值直接相关(DC=Vout/Vin)。电压输入和输出的比值越低,T2的时间就越长,PT2对整个二極管的功耗影响也就越大。反之亦然,T1越长(或和的比值越高),PT2对总功耗的影响就越小,PT1的作 用就越大。
    以两个直流/直流转换器为例,两个都是24V输入电压,但其中一个是18V输出电压而另一个是5V。使用Vin和Vout的比值计算得到占空比,并且使用数据表中的Vf和Ir值计算出二極管内总功率的损失。然后根据总功耗计算出由此导致的二極管温度,并查找在此温度下的Vf和Ir实际数值。最后根据新的二極管温度重新算出内部功耗。这个迭代过程可以重复多次以提高精确度,但如果只想大致表明Vf和Ir的不同取舍所产生的影响,单次迭代就足够了。设备温度可使用形貌热性质的基本热方程计算,和用于形貌电压,电流,電阻的计算并无不同。一旦知道了设备的内部功耗(Ptot),便可以用它乘以结点到 情况的热阻(Rtja),计算出设备结点处的温度变化。把它加上情况温度,就得到了该设备在此功耗和情况温度下的最终结点温度。
    图2表示的是分析结果。此例中的计算使用了PMEG3050BEP(优化为低Ir)和PMEG3050EP(优化为低Vf)二極管。输出电流范围为1~3A。这里比较了低Vf型和低Ir型二極管的温度。初始温度假定为25℃。图中同时给出了Ta(第一次传递温度计算)和Tb(第二次传递)。左侧是5V输出的直流 /直流转换器的结果,右侧是18V输出的直流/直流转换器(二者的输入电压都是24V)。计算时假定Rtja采用基本的200K/W,然后根据占空比进行调节。肖特基二極管的数据表给出了瞬时热效应曲线,允许设计者根据具体的脉冲占空比(长久脉冲电流的热效应要优于连续电流)决定实际的热阻。请注意,任何 应用中的二極管总热阻取决于很多因素,布局是其中较为主要的一个。
    在图2中可以发现,在上述两种情况中,在第二次温度传递Tb时,低Vf的二極管开始变热。其中的原理是,在电流一定的情况下,二極管因在T2时产生损耗 而变热。随着二極管温度升高,泄电流If增加,正向电压Vf减少。然而,增加的速度远高于减少的速度。其结果就是二極管内的总功耗增加较快。在较高的输出电流下PT2也较高,使得PT1增加较快,所以在高电流下斜率较为陡峭。
    同样,从中也能看到输入输出电压比的效果。左侧显示的 是5V输出、低占空比直流/直流转换器。占空比较低意味着T2较长,PT2就更多。因此,较多的初始热量导致Ir增加更快,PT1更高。最终结果就是随着 输出电流增加,二極管温度迅速上升。在较高的电流下,可以看到事实上温度已超出了指定范围之外。右侧显示较高的18V输出电压导致更高的占空比,从而抑制 了PT2。二極管内较少的发热量意味着Ir增加较少,因此,PT1和总体温度也都增加较少。
    可以得出结论,占空比越高(大概说输出电压和输入电压越靠近),二極管的热效应就越佳。比方,如果如前述计算,12V到2.5V的转换器要比12V到5V的转换器更能加重二極管的负担。
    熱逃逸
    以上讨论的随温度升高而增加的效应会带来一个普遍问题,叫作熱逃逸。升高的温度会导致温度进一步升高,直到部件损坏。因此,强烈建议在所有设计中彻底检查此现象。, g" F: y" e# a
    目前常见的做法是对功耗设计进行模拟运行。可以使用标准的模拟工具,也可使用网上常用的模拟工具。仔细检查热效应是非常必要的。对于打算使用的二極管,极有可能所使用的工具并未采用正确的热模型,大概其热参数(很可能和布局相关)与设计不相符合。很显然,并非每个二極管都一模一样,因而绝对不赞同在模拟设计时使用“相似”的二極管,然后假定它们的热效应(以及潜伏的电效应)也相似。虽然并非总是可行,但在此仍旧建议始终制作原型并验证其正确效应。
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