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肖特基二极管在电源办理中的使用剖析

本站为您提供的肖特基二极管在电源管理中的应用分析,任何非同步直流/直流转换器都需要一个所谓的续流二极管。为了优化方案的整体效率,通常倾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)工具推荐的二极管

 

  任何非同步直流/直流转换器都需求一个所谓的续流二极管。为了优化计划的全体功率,一般倾向于挑选低正向电压的肖特基管。许多规划都选用一个转换器规划(网络)东西引荐的二极管。这并非总是二极管的最优挑选。更何况,假如规划东西不考虑热功能和漏电流之间的动态改动,则极有或许发生实践功能有别于规划东西的剖析或模仿出的成果。本文将评论一些在挑选正确的二极管时应细心考虑的典型参数,以及怎么运用这些参数来快速确认选型的正确与否。

  查看损耗

  图1给出了非同步直流/直流降压转换器的根本框图。D1是所需的肖特基管。左边是开关S1闭合时(时刻为T1)的电流状况,右侧是开关S1翻开时(时刻为T2)的电流状况。

  


非同步直流/直流降压转换器根本框图

 

  图1:非同步直流/直流降压转换器根本框图。

  当时刻为T2时,输出电流(Iout)流经D1。所发生的损耗与D1的正向电压(Vfw)和输出电流直接相关。PT2等于Iout*Vfw。明显,咱们期望尽或许下降以操控损耗,削减发热。

  T1期间,D1处于阻断状况。仅有的电流是反向电流。此电流相对较弱,而且主要由阻断电压或输入电压Vin决议。T1阶段二极管发生的功耗,称为PT1,大致等于Ir*Vin。

  关于任何肖特基二极管,在规划时都存在一个取舍。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,假如挑选低Vf,则Ir就较高,反之亦然。在实践运用规划时,重要的是不只要调查Vf或Ir的值,还要剖析它们在实践操作中会发生什么成果。Vf和Ir都会随温度改动而改动。当温度升高,Vf会下降,在二极管升温的一起下降了热扩散。但十分不幸的是,Ir会跟着二极管温度升高而添加。所以,二极管温度越高,漏电流就越多,内部功耗就越多,这样就使得二极管温度更高,然后再次添加漏电流,如此循环。

  假如坚持选用根本的非同步直流/直流转换器的规划事例,无妨做一个根本剖析以确认二极管内部功耗和由此导致的设备温度。直流/直流转换器的运转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的时刻就越长,PT2对整个二极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,但其间一个是18V输出电压而另一个是5V。运用Vin和Vout的比值核算得到占空比,而且运用数据表中的Vf和Ir值核算出二极管内总功率的丢失。然后依据总功耗核算出由此导致的二极管温度,并查找在此温度下的Vf和Ir实践数值。终究依据新的二极管温度从头算出内部功耗。这个迭代进程能够重复屡次以进步精确度,但假如只想大致标明Vf和Ir的不同取舍所发生的影响,单次迭代就足够了。

  设备温度可运用描绘热性质的根本热方程核算,和用于描绘电压,电流,电阻的核算并无不同。一旦知道了设备的内部功耗(Ptot),就能够用它乘以结点到环境的热阻(Rtja),核算出设备结点处的温度改动。把它加上环境温度,就得到了该设备在此功耗和环境温度下的终究结点温度。

  图2表明的是剖析成果。此例中的核算运用了PMEG3050BEP(优化为低Ir)和PMEG3050EP(优化为低Vf)二极管。输出电流规模为1~3A。这儿比较了低Vf型和低Ir型二极管的温度。初始温度假定为25℃。图中一起给出了Ta(第一次传递温度核算)和Tb(第2次传递)。左边是5V输出的直流/直流转换器的成果,右侧是18V输出的直流/直流转换器(两者的输入电压都是24V)。核算时假定Rtja选用根本的200K/W,然后依据占空比进行调理。肖特基二极管的数据表给出了瞬时热效应曲线,答应规划者依据详细的脉冲占空比(时间短脉冲电流的热效应要优于接连电流)决议实践的热阻。请注意,任何运用中的二极管总热阻取决于许多要素,布局是其间较为重要的一个。

  


两个直流/直流转换器的剖析成果

 

  图2:两个直流/直流转换器的剖析成果。

  在图2中能够发现,在上述两种状况中,在第2次温度传递Tb时,低Vf的二极管开端变热。其间的原理是,在电流必定的状况下,二极管因在T2时发生损耗而变热。跟着二极管温度升高,漏电流If添加,正向电压Vf削减。但是,添加的速度远高于削减的速度。其成果便是二极管内的总功耗添加较快。在较高的输出电流下PT2也较高,使得PT1添加较快,所以在高电流下斜率较为峻峭。

  相同,从中也能看到输入输出电压比的作用。左边显现的是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添加更快,PT1更高。终究成果便是跟着输出电流添加,二极管温度敏捷上升。在较高的电流下,能够看到事实上温度已超出了指定规模之外。右侧显现较高的18V输出电压导致更高的占空比,然后按捺了PT2。二极管内较少的发热量意味着Ir添加较少,因此,PT1和整体温度也都添加较少。

  能够得出结论,占空比越高(或许说输出电压和输入电压越挨近),二极管的热效应就越佳。例如,假如如前述核算,12V到2.5V的转换器要比12V到5V的转换器更能加剧二极管的担负。

  热逃逸

  以上评论的随温度升高而添加的效应会带来一个遍及问题,叫作热逃逸。升高的温度会导致温度进一步升高,直到部件损坏。因此,强烈主张在所有规划中完全查看此现象。

  现在常见的做法是对功耗规划进行模仿运转。能够运用规范的模仿东西,也可运用网上常用的模仿东西。细心查看热效应是十分必要的。关于计划运用的二极管,极有或许所运用的东西并未选用正确的热模型,或许其热参数(很或许和布局相关)与规划不相契合。很明显,并非每个二极管都如出一辙,因此绝对不赞同在模仿规划时运用“类似”的二极管,然后假定它们的热效应(以及潜在的电效应)也类似。尽管并非总是可行,但在此依然主张一直制造原型并验证其正确效应。

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