肖特基DC/DC转换器需二极管在电源管理中的应用分析

最新更新时间:2014-01-21来源: 电源网关键字:DC/DC  转换器  二极管 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

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。这并非总是二极管的最优选择。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二极管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。

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。

图1:非同步直流/直流降压转换器基本框图。

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阶段二极管产生的功耗,称为PT1,大致等于Ir*Vin。

对于任何肖特基二极管,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,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,在二极管升温的同时降低了热扩散。但非常不幸的是,Ir会随着二极管温度升高而增加。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,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值计算出二极管内总功率的损失。然后根据总功耗计算出由此导致的二极管温度,并查找在此温度下的Vf和Ir实际数值。最后根据新的二极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)二极管。输出电流范围为1~3A。这 里比较了低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。肖特基二极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(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 应用中的二极管总热阻取决于很多因素,布局是其中较为重要的一个。

图2:两个直流/直流转换器的分析结果。

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的二极管开始变热。其中的原理是,在电流一定的情况下,二极管因在T2时产生损耗 而变热。随着二极管温度升高,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。其结果就是二极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,二极管温度迅速上升。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。二极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(或者说输出电压和输入电压越接近),二极管的热效应就越佳。例如,如果如前述计算,12V到2.5V的转换器要比12V到5V的转换器更能加重二极管的负担。

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。

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。对于打算使用的二极管,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,并非每个二极管都一模一样,因而绝对不赞同在模拟设计时使用“相似”的二极管,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。

关键字:DC/DC  转换器  二极管 编辑:探路者 引用地址:肖特基DC/DC转换器需二极管在电源管理中的应用分析

上一篇:技术浅谈:DC/DC转换器中电感器对待机时间的影响
下一篇:非传统MOSFET方案提高功率CMOS器件功效的方法

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:34

安捷伦科技 PCIe 数字转换器推出平均器功能
2014年 6 月 4 日,北京――安捷伦科技公司日前宣布,为旗下的 PCIe 数字转换器系列推出最新的平均器实时处理功能。 采用信号平均技术可以减少随机噪声的影响,从而改善信噪比,提高分辨率和动态范围。该功能不是使用等效时间采样技术,而是通过单次触发和捕获实现了高达 3.2 GS/s 的采样率。平均器实时处理功能可对单次采样的 520,000 次触发取平均值,并且支持自触发模式,有效地减少了应用中的同步码型噪声。Agilent PCIe 数字转换器系列具有丰富的功能,此项功能更是使之如虎添翼。 平均功能与近期宣布的峰值探测和数字转换器实时处理功能构成了一套完整灵活的工具箱,能够为安捷伦客户提供最佳分析,以满足他们的应
[测试测量]
STM8L151系列 单通道ADC数模转换
IAR软件,使用官方halt库 void insertion_sort(u16 a , u16 length)//插入排序 { int len = length; int temp; int i;//已排好序的序列的下一个元素(待插元素)的下标 int j;//有序序列的末尾下标 for(i = 1;i len;i++) { temp = a ;//中间变量 j=i-1; while(j = 0 && a temp){//遍历有序序列,与要插入的元素比较 a = a ;//将元素后移,满足条件后移一个位置 j--; } a =
[单片机]
IDC全球电动汽车产业动态及领先企业竞争策略报告发布
北京, 2023年5月29日—— IDC 最新《全球 电动汽车 产业动态及领先企业的竞争策略研究》报告显示, 随着汽车行业电动化、网联化、智能化、共享化的发展趋势,全球 电动汽车 市场正在快速增长。2022 年,全球 电动汽车 市场达到近 1,100 万辆。在供给侧改革、高油价、政府补贴和车企促销的推动下,2022年中国电动汽车市场规模达到近700万辆。各国家/地区的销量占比如下如所示: 2022年全球前三名的比亚迪、特斯拉和上汽通用五菱占据 36.11% 的市场份额。而在中国,前三名比亚迪、上汽和特斯拉在2022年占据53%的市场份额。中国电动汽车市场,2022年前10名的企业除特斯拉以10.3%的市
[汽车电子]
I<font color='red'>DC</font>全球电动汽车产业动态及领先企业竞争策略报告发布
电动汽车车载充电器Boost PFC AC/DC变换器设计
    随着能源危机、资源枯竭以及大气污染等危害的加剧,我国已将新能源汽车确立为战略性新兴产业,车载充电器作为电动汽车的重要组成部分,其研究兼具理论研究价值和重要的工程应用价值。采用前级 AC/DC 和后级 DC/DC 相结合的车载充电器结构框图如图1 所示。   当车载充电器接入电网时,会产生一定的谐波,污染电网,同时影响用电设备的工作稳定性。为了限制谐波量,国际电工委员会制定了用电设备谐波限制标准 IEC61000-3-2,我国也发布了国标GB/T17625。为了符合上述标准,车载充电器必须进行功率因数校正(PFC)。 PFC AC/DC 变换器一方面为后级 DC/DC 系统供电,另一方面为辅助电源供电,其设计的好
[嵌入式]
28纳米CMOS模数转换器推动下一波宽带软件定义系统,并树立新的性能基准
Analog Devices, Inc. (ADI)最近推出AD9208,属于新的高速模数转换器(A/D转换器)系列。这款模数转换器专为千兆赫兹带宽应用而设计,能够满足4G/5G多频段无线通信基站对更高频谱效率的需求。下面就随网络通信小编一起拉来系哦啊接一下相关内容吧。 该器件也能达到多标准生产仪器仪表降低运行时间的目标,并为防务电子应用提供更大侦测范围和更高灵敏度。基于28纳米CMOS技术,AD9208可实现业界领先的带宽和动态范围,覆盖最多的信号频段数。它还具有适用于分集射频接收和I/Q解调系统所需的低噪声频谱密度的特点,而功耗仅为其他解决方案的一半。AD9208及整套新产品组合将在国际微波技术研讨会上亮相。 28纳米C
[网络通信]
利用DC-DC电源提供的变化Vcc改善RF功放效率
MAX2291 芯片级封装的线性 RF 功率放大器 (PA) 是针对工作在 PCS 波段的 N-CDMA 手机设计的,通过修改输入、输出匹配电路,它还可以很好地工作在 1920-1980MHz WCDMA 波段。该芯片包含用于强发射功率的大功率通道和中等 / 低功率发射的低功率通道,以获得更高的效率。 在蜂窝手机应用中,平均发射功率为 +12 至 +16dBm ,因此,功率放大器在“中等”功率下的效率对于延长电池的工作时间至关重要。 MAX2291 在由大功率通道提供 +27dBm 输出功率时,具有 +37% 的功效 (PAE) ;由低功率通道提供 +16dBm 输出功率时,具有 12% 的功效。当在两个通道之间进行
[手机便携]
凌力尔特公司推出16 位 SAR ADC LTC2393-16
凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出 16 位 SAR ADC LTC2393-16,该器件以高达 1Msps 的采样率实现卓越的 94dB SNR,而且无周期延迟。LTC2393-16 用单 5V 电源工作,支持 ±4.096V 的宽输入范围,适用于很多需要最大信号摆幅以在要求苛刻的工业环境中克服背景噪声的通用设计。 LTC2393-16 具有卓越的 AC 性能,从而实现了 94dB SNR 和 105dB THD。DC 性能也同样令人印象深刻,具有 ±2LSB INL (最大值) 和 16 位无漏码分辨率。LTC2393-16 还具有温度补偿的内部基准,该基准在汽
[模拟电子]
凌力尔特公司推出16 位 SAR A<font color='red'>DC</font> LTC2393-16
PN8046 18V小体积ac-dc非隔离电源芯片
FP6150是输入可达 36V 的异步降压型稳压器。内置 120mΩ 内阻的高位 NMOS,具有出色 的负载和线路调节能力,可在宽输入电压范围内实现 3A 的连续输出电流。电流模式工作下提供了快速动态响应和简化回路的稳定性,工作开关频率可透过外部电阻设定。 并具有低压拴锁保护、过流保护、过压保护和过热保护的功能,稳压器在关断模式下仅消耗 10µA 的 电源电流。FP6150是一款功能齐备,应用极为简单,且只需要少量的外部组件就可完成的降压型稳压方案。 特色 ➢ 宽输入工作电压范围 4.5V~36V ➢ 内建软启动 2ms ➢ VFB 反馈电压 0.808V (±2%) ➢ 高位 NMOS 内阻 120mΩ,输出电流最高可达 3
[嵌入式]
PN8046 18V小体积ac-<font color='red'>dc</font>非隔离电源芯片
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved