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肖特恒峰官网在电源中的应用知识
  • 发布时间:2019-12-04 17:18:39
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肖特恒峰官网在电源中的应用知识
任何非同步直流/直流转换器都需要一个所谓的续流恒峰官网。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) 工具推荐的恒峰官网。这并非总是恒峰官网的最优选择。更何况,如果设计工具不考虑热性能和漏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恒峰官网时应仔细考虑的典型参数,以及如何应用这些参数来快速确定选型的正确与否。
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检查损耗
图1给出了非同步直流/直流降压转换器的基本框图。D1是所需的肖特基管。左侧是开关S1闭合时(时间为T1)的电流情况,右侧是开关S1打开时(时间为T2)的电流情况。
当时间为T2时,输出电流(Iout)流经D1。所产生的损耗与D1的正向电压(Vfw)和输出电流直接相关。PT2等于Iout*Vfw。显然,我们希望尽可能降低以控制损耗,减少发热。
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阶段恒峰官网产生的功耗,称为PT1,大致等于Ir*Vin。
对于任何肖特基恒峰官网,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,重要的是不仅要观察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会降低,在恒峰官网升温的同时降低了热扩散。但非常不幸的是,Ir会随着恒峰官网温度升高而增加。所以,恒峰官网温度越高,漏电流就越多,内部功耗就越多,这样就使得恒峰官网温度更高,从而再次增加漏电流,如此循环。
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恒峰官网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对整个恒峰官网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值计算出恒峰官网内总功率的损失。然后根据总功耗计算出由此导致的恒峰官网温度,并查找在此温度下的Vf和Ir实际数值。最后根据新的恒峰官网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。设备温度可使用描述热性质的基本热方程计算,和用于描述电压,电流,电阻的计算并无不同。一旦知道了设备的内部功耗(Ptot),就可以用它乘以结点到 环境的热阻(Rtja),计算出设备结点处的温度变化。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)恒峰官网。输出电流范围为1~3A。这里比较了低Vf型和低Ir型恒峰官网的温度。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(两者的输入电压都是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。肖特基恒峰官网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(短暂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 应用中的恒峰官网总热阻取决于很多因素,布局是其中较为重要的一个。
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的恒峰官网开始变热。其中的原理是,在电流一定的情况下,恒峰官网因在T2时产生损耗 而变热。随着恒峰官网温度升高,漏电流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。其结果就是恒峰官网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,恒峰官网温度迅速上升。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。恒峰官网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(或者说输出电压和输入电压越接近),恒峰官网的热效应就越佳。例如,如果如前述计算,12V到2.5V的转换器要比12V到5V的转换器更能加重恒峰官网的负担。
热逃逸
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。对于打算使用的恒峰官网,极有可能所使用的工具并未采用正确的热模型,或者其热参数(很可能和布局相关)与设计不相符合。很显然,并非每个恒峰官网都一模一样,因而绝对不赞同在模拟设计时使用“相似”的恒峰官网,然后假定它们的热效应(以及潜在的电效应)也相似。虽然并非总是可行,但在此仍然建议始终制作原型并验证其正确效应。
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